Превръщане на отработено олио за готвене в надежден биодизел за дизелови двигатели

Отработеното олио за готвене е една от най-привлекателните суровини за биодизел, налични днес. То е евтино, широко достъпно и помага за решаването на проблем с обезвреждането. Но също така поставя добре познато предизвикателство при преработката: нискокачествени суровини като отработени растителни масла, използвани масла за готвене, мазнини за пържене, животински мазнини, лой или рибени масла се преобразуват ефективно по-трудно от рафинираните неизползвани масла.

Скорошно изследване на трансестерификацията с помощта на ултразвук показва как този проблем може да бъде преодолян чрез ултразвуково смесване. Изследователите оптимизират производството на биодизел от отработено олио за готвене (WCO) и след това изпитват получения биодизел и смеси от биодизел и дизелово гориво в дизелов двигател. Резултатите им подкрепят два важни извода: първо, ултразвуковата обработка позволява бързо преобразуване с висок добив дори на трудни за преработка суровини; второ, получените смеси от биодизел и дизелово гориво могат да се използват в дизелови двигатели без модификации, с работни показатели, близки до тези при дизеловото гориво, и с подобрени показатели за емисиите.

Готови ли сте да превърнете евтините отработени масла в биодизел с висока стойност?

Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher помагат на производителите да преобразуват трудни за преработка суровини като отработено олио за готвене, мазнини за пържене, лой и рибено масло с по-високи скорости на реакцията, по-кратко време на престой и подобрена ефективност на процеса. Свържете се с нас сега, за да обсъдим вашата суровина, целевия капацитет и конфигурацията на реактора за непрекъснато ултразвуково производство на биодизел.

Защо нискокачествените суровини са трудни за преработка при производството на биодизел

Евтините суровини за биодизел са привлекателни, защото разходите за суровина са определящи за икономическите показатели на производството. Изследване на Belal и колеги, публикувано през 2025 г., показва, че отработените масла и мазнини за готвене могат да бъдат ефективно преобразувани в биодизел чрез ултразвуково смесване. Впоследствие произведеният с ултразвук биодизел е успешно използван в дизелови двигатели.
Макар използването на отработени масла да избягва проблема с конкуренцията между храните и горивата, свързан с хранителните масла, предизвикателството е, че нискокачествените суровини са с по-променлив състав и са по-трудни за преработка. При конвенционалната трансестерификация алкохолната и маслената фаза са несмесими, затова ефективността на реакцията зависи силно от това доколко системата може да преодолее ограниченията на масообмена. При деградирали или нискокачествени масла и мазнини тези ограничения се засилват, като често водят до по-бавно преобразуване, по-дълго време на престой, по-трудно разделяне на фазите и по-ниска обща ефективност на преработката. Именно тук ултразвуковото смесване се превръща в технология, която съществено променя възможностите.

Защо ултразвуковата обработка позволява използването на нискокачествени суровини

Ултразвуковата обработка позволява по-ефективна преработка на нискокачествени суровини като отработени растителни масла, отработени масла за готвене, мазнини за пържене, говежда лой или рибени масла, защото ултразвуковата кавитация осигурява много по-добър контакт между несмесимите маслена и алкохолна фаза, като значително подобрява смесването, както и топло- и масообмена. Освен това ултразвуковото смесване има както физични, така и химични ефекти: ултразвуковата кавитация интензифицира реакционната среда и може да насърчи образуването на силно реактивни радикали, които допълнително ускоряват кинетиката на реакцията и подпомагат по-бърза и по-пълна трансестерификация.
Именно затова ултразвуковата обработка е толкова ценна за по-нискокачествените суровини. Тя компенсира ограниченията, които обикновено затрудняват преработката на тези суровини в конвенционални системи.

Какво постига изследването с ултразвукова обработка

За промишлените производители на биодизел ключовият резултат е интензификацията на процеса, постигната чрез ултразвукова обработка, вместо фокусът да бъде върху малката лабораторна установка. При оптимизирани ултразвукови условия изследването на Belal et al. (2025) достига добив на биодизел от 96,65%. В сравнение с конвенционалния референтен процес на авторите трансестерификацията с помощта на ултразвук намалява времето на реакцията от 90 минути на 6 минути и съкращава времето за разделяне на биодизела и глицерола от 720 минути на 30 минути.
Това са изключително значими резултати за промишленото производство на биодизел, защото показват, че ултразвуковата обработка не просто леко подобрява смесването – тя съществено ускорява преобразуването и последващото разделяне.
 

Ултразвуковият метод достига приблизително 75% преобразуване през първите 1,5 минути и се стабилизира на около 90% преобразуване след 6 минути.
Конвенционалният метод показва много по-ниска скорост на преобразуване, като достига само около 40% преобразуване след 8 минути.
Изследване и графика: ©Fayyyazi et al. 2014

Как това се прилага при непрекъснатата проточна преработка на биодизел с Hielscher

При промишленото внедряване тези резултати се проявяват пряко в предимствата на непрекъснатата проточна ултразвукова преработка на биодизел с промишлените ултразвукови апарати и реактори на Hielscher. Същият кавитационен механизъм, демонстриран в изследването – интензифицирано смесване, подобрен междуфазен контакт, по-бърз топло- и масообмен и ускорена кинетика на реакцията – е именно това, което определя ефективността на ултразвуковите реактори в поточна линия.
При непрекъсната работа маслото, алкохолът и катализаторът се изпомпват през зоната на ултразвуковия реактор, където кавитацията с висока интензивност непрекъснато диспергира фазите и предизвиква реакция между тях. Това позволява по-кратко време на престой, по-бързо преобразуване, по-устойчива преработка на евтини суровини с променлив състав и по-бързо последващо разделяне. За промишлените производители, работещи с WCO, използвани мазнини за пържене, лой или рибено масло, основният извод е ясен: ултразвуковата обработка прави трудните за преработка суровини по-привлекателни от търговска гледна точка, като осигурява по-добро преобразуване за по-кратко време.

Ултразвуковата обработка подобрява качеството на горивото

Съществено е, че непреработените отработени масла не са подходящи горива за двигатели. Термогравиметричният анализ в изследването сравнява дизелово гориво, непреработено WCO, биодизел, произведен по конвенционален начин, и биодизел, произведен чрез ултразвуково смесване. Авторите установяват, че непреработеното WCO има най-неблагоприятни характеристики на изпаряване, докато произведеният с ултразвук биодизел показва подобрени характеристики на изпаряване спрямо непреработеното WCO и дори спрямо биодизела, произведен чрез традиционна трансестерификация.
Това е от значение, защото лошото изпаряване и лошото разпрашаване са сред основните причини, поради които необработените отработени масла могат да причинят замърсяване на инжекторите, непълно изгаряне и отлагания. Изследването отбелязва, че непреработеното WCO съдържа неразтворими олигомери, които могат да повредят двигателя, като запушат системата за впръскване, докато правилно проведената трансестерификация съществено подобрява поведението на горивото.

Могат ли смесите от биодизел и дизелово гориво да се използват в дизелови двигатели без проблеми?

Изследването на Belal et al. (2025) показва, че да, произведеният с ултразвук биодизел може да се използва в стандартни дизелови двигатели без проблеми. Изследователите изпитват смеси B10, B20, B30, B40 и B100 в дизелов двигател при постоянна честота на въртене и променливо натоварване. Заключението им е, че дизеловото гориво може да бъде заменено с биодизел от WCO или със смеси от биодизел и дизелово гориво без модификация на двигателя и че B40 е препоръчителната смес, защото съчетава сравними работни показатели на двигателя с ясно подобрени показатели за емисиите.
Дори ако не всеки показател е идентичен с този при дизеловото гориво от изкопаем произход, смесите остават напълно използваеми при стандартна работа на дизелов двигател, като разликите в работните показатели са малки, а ползите по отношение на емисиите са съществени.
 

Различни смеси от биодизел/дизелово гориво при натоварвания на двигателя от 10–100%. – Вляво: изменение на BSFC / Вдясно: изменение на BTE при различни смеси от биодизел/дизелово гориво при натоварвания на двигателя от 10–100%
Изследване и графики: ©Belal et al., 2025

Работни показатели на двигателя: близки до тези при дизеловото гориво, с малки компромиси

Изследването установява, че смесите с биодизел осигуряват работни показатели на двигателя, подобни на тези при дизеловото гориво, с леко увеличение на специфичния ефективен разход на гориво и незначително намаляване на ефективния термичен КПД.
Тези промени са очаквани. Измерените свойства показват, че биодизелът от WCO има по-висока плътност и вискозитет и по-ниска топлотворна способност от дизеловото гориво, въпреки че цетановото число е еднакво в това изследване. Това означава, че може да е необходимо малко повече гориво за получаване на същата мощност, но двигателят все пак работи нормално със смесите.
От практическа гледна точка това подкрепя аргумента, че смесите с биодизел са пригодни за експлоатация в дизелови двигатели дори когато са произведени от нискокачествени суровини като отработено олио за готвене.

Емисии: значителни ползи от смесването с биодизел

Именно в резултатите за емисиите биодизелът показва най-големите си предимства.

При пълно натоварване B100 води до най-големите намаления на:

• CO: намаление с 42,9%
• неизгорелите въглеводороди: намаление с 29,9%
• непрозрачността на дима: намаление с 42,1%

в сравнение с чистото дизелово гориво.
Изследването обяснява тези ползи с по-високото съдържание на кислород и по-ниското съдържание на въглерод в биодизела, които насърчават по-пълното изгаряне и намаляват образуването на сажди.

Какво означава това за производителите на биодизел

Нискокачествените суровини са икономически привлекателни, но се преработват по-трудно с конвенционална технология. Ултразвуковата обработка променя това, като преодолява бариерата за масообмен между маслото и алкохола и ускорява драстично преобразуването. В изследването това означава добив на биодизел от 96,65%, съкращаване на времето на реакцията от 90 минути на 6 минути и намаляване на времето за разделяне от 12 часа на 30 минути.
За непрекъснатите промишлени системи за биодизел това се проявява в основните предимства на ултразвуковата обработка с Hielscher: по-висока производителност, по-кратко време на престой, по-добра устойчивост спрямо променливостта на суровината и по-ефективно производство от евтини масла и мазнини.
 

Ултразвуков реактор UIP1000hdT за подобрено преобразуване на отработени масла и мазнини в биодизел.

Ултразвукови апарати Hielscher за биодизел от WCO

Изследването показва защо ултразвуковите апарати на Hielscher са толкова мощен инструмент за производство на биодизел от нискокачествени суровини. Ултразвуковата кавитация интензифицира трансестерификацията, като подобрява смесването, топлообмена, масообмена и кинетиката на реакцията, позволявайки бързо и ефективно преобразуване на трудни за преработка суровини като отработени масла за готвене и други деградирали масла и мазнини. При оптимизирани условия изследването постига добив на биодизел от 96,65% само за 6 минути, с драстично по-бързо отделяне на глицерола в сравнение с конвенционалната преработка.
Също толкова важно е, че полученият биодизел е пригоден за практическа употреба в двигатели. Смесите от биодизел и дизелово гориво показват работни показатели, близки до тези при конвенционалното дизелово гориво, като същевременно значително намаляват CO, неизгорелите въглеводороди и дима. Препоръчителната смес B40 съчетава сравними механични показатели с най-балансирани показатели за емисиите и може да се използва без модификация на двигателя.
Ултразвуковите апарати на Hielscher не просто ускоряват производството на биодизел – те правят евтините нискокачествени суровини пригодни за ефективна непрекъсната преработка и превръщат отработените масла и мазнини в практично гориво, готово за употреба в двигатели.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за преработка на ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher:

Икономически и екологични последици от използването на ултразвукови смесители за биодизел на Hielscher

Технико-икономическият модел на Gholami et al. (2021) показва:

• Общите инвестиционни разходи са намалени с приблизително 21%,
• Разходите за продукта на тон са намалени с приблизително 5%,
• Образуването на отпадъци е намалено до една пета от това при механично разбъркване,
• Вътрешната норма на възвръщаемост (IRR) е подобрена до 18,3% при положителна нетна настояща стойност (NPV), докато конвенционалният процес остава икономически неизгоден.

От екологична гледна точка намаляването на излишъка от метанол пряко ограничава емисиите на летливи органични съединения и намалява потреблението на топлинна енергия, като привежда ултразвуковото производство на биодизел в съответствие с целите на екологичното производство.

Преглед на предимствата на ултразвуковия реактор за биодизел

(резултати от сравнителното изследване, вж. Gholami et al., 2021)

Проектиране, производство и консултации – качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати на Hielscher са добре известни с най-високото си качество и стандарти за проектиране. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Ултразвуковите апарати на Hielscher лесно се справят с тежки условия и взискателни работни среди.

Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови апарати, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher отговарят на изискванията за CE и на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Литература / Източници

• Belal, B. Y.; Li, G.; Zhang, Z.; Liang, J.; Zhou, M.; Masoud, S. M.; Attia, A. M. A.; El-Zoheiry, R. M.; El-Seesy, A. I. (2025): Optimizing waste cooking biodiesel production using ultrasonic-assisted and studying its combustion characteristics blended with diesel in diesel engine. Environmental science and pollution research international, 32(11), 2025. 6984–7001.
• J. Sáez-Bastante, M. Carmona-Cabello, S. Pinzi, M.P. Dorado (2020): Recycling of kebab restoration grease for bioenergy production through acoustic cavitation. Renewable Energy, Volume 155, 2020. 1147-1155.
• Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
• Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
• Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
• Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
• Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.