Fossil fuels have been the main source of energy for decades. However, they are non-renewable resources that take millions of years to replenish from decomposed organic matter. As they are depleting at an alarming rate, a shift towards more sustainable fuels is gaining popularity. Biodiesel is emerging as a biodegradable and renewable energy source that serves as a promising alternative to conventional fuels. It addresses the challenges of greenhouse gas emissions while ensuring energy security. Among potential feedstocks, sunflower oil demonstrates unique advantages due to its high oil yield, favorable fatty acid composition, and availability. Despite extensive research on biodiesel, no comparative study has yet synthesized the four generations of biodiesel feedstocks while integrating optimization strategies with a particular focus on sunflower oil and sustainability trade-offs. This review aims to fill that gap by providing a comprehensive analysis of biodiesel production pathways, highlighting sunflower oil within a broader sustainability framework. The four generations are assessed based on feedstock potential, efficiency, and yield, while optimization processes for sunflower oil-based biodiesel are examined in terms of economic feasibility, limitations, and environmental impacts. The principal findings highlight the low free fatty acid composition of sunflower oil compared to other feedstocks, which makes it efficient for transesterification. Challenges such as production costs, land consumption, and food chain disruption are also discussed. Finally, innovative insights are presented for improving the viability of biodiesel through advanced technologies and supportive policies.

This study evaluates eight biodiesel blend types and determines the overall optimal blend by applying two established multi-criteria decision-making methods: the Analytic Hierarchy Process (AHP) and the Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS). The selected blends represent widely produced and utilized feedstocks that are reported in the previous literature. In the proposed methodology, AHP is employed to determine the weights for both emissions-related subcriteria, quantified through Global Warming Potential scores and property-related subcriteria, thereby reducing the subjectivity often encountered in earlier studies. Furthermore, two boundary alternatives, defined as the “Best” and “Worst” based on international standards, are introduced to enhance the robustness of the normalization procedure. The weights determined via AHP are subsequently integrated into the TOPSIS framework to rank the biodiesel alternatives. This combined AHP-TOPSIS approach addresses a gap in the literature, as no previous study has compared the best performing blends from different sources to identify a single optimal alternative. The results indicate that a 20% sunflower biodiesel blend (SN20) achieves the highest ranking. Sensitivity analyses, including the incorporation of an additional economic criterion, consistently reaffirm SN20’s superior performance. This study offers a transparent and reproducible method that can guide future biodiesel blend evaluations and reduce subjectivity in comparative assessment.

This study focuses on the design, optimization, and evaluation of a biodiesel production process involving the transesterification of waste cooking oil (WCO) using a heterogeneous calcium oxide (CaO) catalyst derived from waste eggshells. The work is divided into two main parts. The first focuses on the laboratory preparation, characterization, and performance of the CaO catalyst, while the second translates the experimentally optimized conditions into a process-scale model using Aspen HYSYS to assess industrial feasibility. Waste eggshells were cleaned, dried, ground, and calcined at high temperature to produce the CaO heterogenous catalyst. The catalyst was characterized by Simultaneous Thermogravimetric-Differential Scanning Calorimetry (TG-DSC) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Transesterification experiments were conducted in a batch round-bottom flask reactor where CaO was added to sunflower oil and methanol, and multiple operating parameters were varied to determine the optimal conditions. The catalyst exhibited its best performance after calcination at 900 °C for 2 h. A maximum biodiesel yield of 95 wt.% was obtained at a methanol-to-oil molar ratio (MOMR) of 9:1, reaction time of 2 h, stirring speed of 700 rpm, temperature of 60 °C, and catalyst amount of 3 wt.%. In addition, the eggshell-derived CaO catalyst maintained a biodiesel yield close to 95% over three consecutive reuse cycles, demonstrating good reusability and catalytic stability. The produced biodiesel complied with ASTM standards. Based on these results, the process was then scaled up by simulating a continuous industrial biodiesel production plant using Aspen HYSYS. The model proved practical, achieving a biodiesel purity of 99.85%. Further process optimization, including methanol recovery and heat integration, reduced fresh methanol consumption by 60% and overall energy requirement by 25%. The combined experimental and simulation results demonstrate that energy efficiency and waste valorization enable a biodiesel production pathway that is both environmentally and economically sustainable and aligned with circular economy principles and sustainable development goals.

Synthèse et Caractérisations de catalyseurs à base de Nickel et/ou de Ruthénium pour la valorisation du CO₂ via la méthanation ou le reformage à sec du méthane: L'objectif de ce travail est d'étudier la valorisation du CO₂ par méthanation et reformage à sec du méthane. L'alumine, la cérine et la silice mésoporeuse ont été choisies comme support catalytique. La technique d'imprégnation humide est utilisée pour ajouter une phase active de 15% de nickel (Ni), 1% de ruthénium (Ru) ou une combinaison des deux métaux (Ni-Ru) sur chacun des supports stabilisés. Les catalyseurs obtenus ont été calcinés à 550°C, puis caractérisés par la Diffraction des Rayons X (DRX), l'adsorption/désorption d'azote, la Réduction en Température Programmée sous hydrogène (RTP-H₂) et la Désorption en Température Programmée (DTP-CO₂). Les résultats de la caractérisation des catalyseurs supportés sur CeO₂, Al₂O₃ et KIT-6 montrent que tous les supports et catalyseurs présentent des isothermes de type IVa typique des matériaux mésoporeux. Les espèces RuO₂ formées sont bien dispersées lorsque CeO₂ est utilisé comme support et dans les catalyseurs bimétalliques. La réduction de NiO est renforcée en présence de CeO₂ à cause de ses propriétés redox. La présence de RuO₂ a conduit à une plus grande réductibilité de NiO dans les catalyseurs bimétalliques. Une première partie a comparé l'activité catalytique des différentes phases actives (le Ni, Ru ou le Ni-Ru) sur le même support (CeO₂, l'Al₂O₃ ou le KIT-6) pour la réaction de méthanation. Dans chaque cas, le catalyseur bimétallique (Ni-Ru) présentait les conversions les plus élevées à 350°C. Ceci peut être lié à une bonne dispersion de RuO₂ et bonne réduction de NiO. De plus, quelle que soit la phase active utilisée, l'ordre de réactivité obtenu était : catalyseurs supportés sur CeO₂> catalyseurs supportés sur KIT-6> catalyseurs supportés sur Al₂O₃. Dans la seconde partie, le support KIT-6 est promu avec différents pourcentages de CeO₂ et imprégné avec les mêmes phases actives étudiées. Une bonne dispersion des espèces RuO₂, une réduction à des températures plus basses et une amélioration des propriétés basiques sont observées en présence de Ce et en fonction de sa teneur dans le matériau. Ceci a conduit à des performances catalytiques plus élevées, en particulier pour les catalyseurs bimétalliques 15Ni1Ru/CeₓKIT-6. L'étude de stabilité a montré que le catalyseur 15Ni1RU/CeO₂ présente une bonne activité en termes de conversion de CO₂ (70%) et de sélectivité CH₄ (99%) et ne présente pas de désactivation sur une durée de 24h. Lors de l'étude de la réaction de reformage à sec du méthane, les catalyseurs supportés sur CeO₂ ont montré une activité catalytique inférieure par rapport aux catalyseurs supportés sur Al₂O₃. Néanmoins, ces catalyseurs ont montré une plus grande résistance à la formation de carbone. L'effet de l'ajout de cérium sur le support Al₂O₃ a ensuite été étudié. L'addition de cérium a causé une destruction partielle de la structure poreuse, tout en renforçant les sites basiques faibles et augmentant l'activité catalytique des catalyseurs. Le catalyseur 15Ni/Ce-Al₂O₃ a montré une activité et une stabilité élevées pendant un test de stabilité de 12h. Trois solides supportés à base de nickel sur silices mésoporeuses (15Ni/KIT-6, 15Ni/SBA-15 et 15Ni/SBA-16) ont été synthétisées en utilisant la technique d'imprégnation humide et ensuite caractérisées. La stabilité et l'activité de ces matériaux a été étudié dans la réaction de reformage à sec du méthane. Dans les tests dynamiques, le 15Ni/SBA-16 s'est montré le plus performant en raison de ses fortes interactions métal-support et de sa forte basicité. Enfin, parmi les catalyseurs 15Ni/Ce-KIT-6, 1Ru/Ce-KIT-6 et 15Ni1Ru/Ce-KIT-6, le solide 15Ni1Ru/Ce-KIT-6 était le plus actif dans la réaction de reformage à sec du méthane et maintenait une conversion de CO₂ élevée et stable (97% pendant 12H). Le catalyseur n'a pas été désactivé malgré le dépôt de carbone graphitique lors du test de stabilité.