Повишаване на ефективността на производството на биоенергия с мощен ултразвук

Прилагането на ултразвук с висок интензитет (ултразвукова обработка) в производството на възобновяема енергия представлява значителен напредък в ефективността на процесите. Чрез използването на акустична кавитация ултразвуковата технология подобрява масопреноса, разрушава клетъчните структури и ускорява химичните реакции при различни технологични процеси за производство на биогорива, включително биодизел, биоетанол и биогаз.
Търсенето на възобновяеми горива нараства, докато цените на петрола достигат нови върхове. Прилагането на ултразвукова технология при производството на екологични горива като биодизел, биоетанол и биогаз подобрява техническата и търговската ефективност.

Биодизел от отпадъчно растително масло и животинска мазнина

Биодизелът е възобновяемо гориво, което може да се използва в дизелови двигатели като алтернатива на дизеловото гориво, произведено от нефт. Биодизелът се произвежда чрез трансестерификация на суровини като растителни масла, животински мазнини или мазнини. Най-често използваните суровини са соево масло, рапично масло или масло от водорасли. Производството на биодизел включва каталитична реакция с алкохол (метанол или етанол). Ултразвуковото смесване на маслото или мазнината с алкохола значително подобрява скоростта на реакцията и добива. Това намалява инвестиционните и експлоатационните разходи.

• Ускорена трансестерификация: Ултразвуковото облъчване значително съкращава времето за реакция при производството на биодизел, като често го намалява от часове до по-малко от пет минути.
• Подобрено разделяне: Технологията подобрява отделянето на глицерина от биодизела, като намалява времето за утаяване от няколко часа до под 15 минути.
• По-високи добиви: Ултразвуковата обработка може да спомогне за постигането на добиви на биодизел над 99%, като осигурява пълно смесване на реагентите.

Щракнете тук, за да прочетете повече за ултразвуковите смесителни реактори за биодизел!

Биоетанол от нишесте и захар

Биоетанолът се използва като екологична алтернатива на бензина. Той се произвежда от царевица, пшеница, картофи, захарна тръстика, ориз и други зърнени култури чрез ферментация. Дрожди се използват за ферментацията на нишестето и захарите в тези култури до етанол. Ултразвуковото разрушаване на клетъчните структури и извличането на вътреклетъчния материал намаляват размера на частиците и осигуряват много по-голяма повърхност за действието на ензимите по време на втечняването. Това подобрява бионаличността на нишестето и захарта и води до по-бърза и по-пълна ферментация, при която се получава повече етанол.
Производството на биоетанол зависи в голяма степен от ефективното разграждане на лигноцелулозната биомаса за освобождаване на ферментируеми захари. Ултразвукът подпомага този процес по няколко начина:

• Подобрена хидролиза: Предварителната ултразвукова обработка улеснява дезинтеграцията на растителните частици и подобрява освобождаването на глюкоза от царевична суспензия в инсталации за производство на етанол чрез сухо смилане.
• Стимулирана ферментация: Доказано е, че ултразвукът стимулира производството на етанол при едновременното озахаряване и ферментация (SSF) на материали като смесена отпадъчна офис хартия.
• Ефективност на екстракцията: Мощният ултразвук е ефективен при извличането на активни компоненти като ксилан и хетероксилан от царевични кочани и обвивки, както и при подобряването на извличането на масло от соя, което подпомага по-широки производствени вериги на биологична основа.

Щракнете тук, за да прочетете повече за разрушаването на клетките и екстракцията!

Биогаз от отпадъци и утайки

Битовите органични отпадъци, утайките от отпадъчни води, оборската тор с постеля и оборският тор служат като източник на биогаз. Обработката на такива материали в аеробни или анаеробни реактори за разграждане превръща органичния материал в биогаз. Ултразвуковата дезинтеграция на органичния материал преди биологичното разграждане променя структурата на материала и освобождава и активира ензими. Това подобрява биологичното разграждане на органичния материал, като води до по-бърза обработка, повече газ и по-малко остатъчна утайка. Това от своя страна увеличава капацитета на съществуващите реактори за разграждане и намалява разходите за обезвреждане.

При анаеробното разграждане предварителната ултразвукова обработка се използва за дезинтеграция на биомаса (като излишна активна утайка), за да направи органичната материя по-достъпна за бактериите.

• Повишен добив на биогаз: Ултразвуковата обработка е доказала ефективността си при увеличаването на кумулативното производство на биогаз. В проучвания са отчетени увеличения на производството на биогаз от 26% до 36% в сравнение с необработена утайка.
• Подобрено намаляване на твърдите вещества: Ултразвуковата обработка подобрява разграждането на летливите твърди вещества (VS). Например разграждането на VS може да се увеличи от 30% до 35% или дори повече (до 39%) в зависимост от органичното натоварване и вложената енергия.
• Интегриране с пречистването на отпадъчни води: Биологичните утайки от пречиствателни станции за градски и промишлени отпадъчни води, както и тези от самите инсталации за биогаз, могат да бъдат ефективно обработвани с ултразвукови реактори, за да се оптимизира процесът на стабилизиране и оползотворяване на енергията.

Щракнете тук, за да прочетете повече за ултразвуковата дезинтеграция на утайки!

Ултразвуковата дезинтеграция на животински тор преди анаеробното разграждане подобрява добивите на биогаз.

Енергиен баланс на ултразвуковата обработка

Споменатите по-горе процеси не изискват много ултразвукова енергия. Като цяло допълнителната енергия, получена в резултат на ултразвуковата обработка, компенсира енергията, използвана за генериране на ултразвука. Ултразвуковите устройства на Hielscher имат общ коефициент на полезно действие над 85%. Това означава, че повече от 85% от електрическата енергия се преобразува и предава на течността под формата на механична енергия. Действителната потребност от енергия на даден процес може да се определи в малък мащаб с помощта на ултразвуков процесор с мощност 1kW в настолна лабораторна установка. Всички резултати от такива настолни лабораторни изпитвания могат лесно да бъдат пренесени в по-голям мащаб. Hielscher доставя промишлено оборудване за ултразвукова обработка по целия свят. С промишлени ултразвукови хомогенизатори с мощност до 16kW на отделен ултразвуков процесор няма ограничение за размера на инсталацията или капацитета за обработка.