Повишаване на ефективността при производството на биоенергия с помощта на мощен ултразвук

Прилагането на ултразвук с висока интензивност (соникация) при производството на възобновяема енергия представлява значителен напредък в ефективността на процесите. Чрез използването на акустична кавитация ултразвуковата технология подобрява масообмена, разрушава клетъчните структури и ускорява химичните реакции в различни процеси за производство на биогорива, включително биодизел, биоетанол и биогаз.
Възобновяемите горива се радват на нарастващо търсене, тъй като цените на петрола бележат нови висоти. Прилагането на ултразвукова технология за производството на зелени 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 получава чрез трансестерификация от източници като растителни масла, животински мазнини или смазки. Най-често използваните суровини са соево, рапично или водораслово масло. Производството на биодизел включва каталитична реакция с алкохол (метанол или етанол). Ултразвуковото смесване на маслото, мазнината или смазката 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 глицерин от биодизела, като съкращава времето за утаяване от няколко часа до по-малко от 15 минути.
• По-високи добиви: Ултразвуковото обработване може да допринесе за постигането на добив на биодизел над 99%, като осигурява пълно смесване на реагентите.

Кликнете 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 чрез ферментация от царевица, пшеница, картофи, захарна тръстика, ориз и други зърнени култури. Дрождите се използват за ферментация на нишестето и захарите, съдържащи се в тези култури, до етанол. Ултразвуковото разграждане на клетъчните структури и екстракцията на вътреклетъчния материал намаляват размера на частиците и излагат много по-голяма повърхност на действието на ензимите по време на втечняването. Това подобрява биодостъпността на нишестето и захарта и води до по-бърза и по-пълна ферментация, което от своя страна води до получаването на повече етанол.
Производството на биоетанол зависи в голяма степен от ефективното разграждане на лигноцелулозната биомаса с цел освобождаване на ферментируеми захари. Ултразвукът подпомага този процес по няколко начина:

• Подобрена хидролиза: Предварителната обработка с ултразвук улеснява разграждането на растителните частици и подобрява освобождаването на глюкоза от царевичната каша в заводите за етанол със сухо смилане.
• Стимулирана ферментация: Доказано е, че ултразвукът стимулира производството на етанол по време на едновременната сахарификация и ферментация (SSF) на материали като смесени отпадъци от офисна хартия.
• Ефективност на извличането: Високомощният ултразвук е ефективен при извличането на активни съставки като ксилан и хетероксилан от царевични кочани и люспи, както и при подобряването на извличането на масло от соя, което допринася за разширяването на производствените вериги на биологична основа.

Кликнете тук, за да прочетете повече за клетъчно разпадане и Екстракция!

Биогаз от отпадъци и утайки

Битовите органични отпадъци, утайките от отпадъчни води, мръсотията и оборският тор служат като източник на биогаз. Преработката на такъв материал в аеробни или анаеробни реактори превръща органичния материал в биогаз. Ултразвукова разпадане на органичния материал преди храносмилането променя структурата на материала и освобождава и активира ензими. Това подобрява храносмилането на органичния материал, което води до по-бърза обработка, повече газ и по-малко остатъчни утайки. Това от своя страна увеличава капацитета на съществуващите реактори и намалява разходите за обезвреждане.

При анаеробното разграждане ултразвуковата предварителна обработка се използва за разграждане на биомасата (като например отпадъчна активна утайка), за да се улесни достъпът на бактериите до органичното вещество.

• Повишен добив на биогаз: Ултразвуковото третиране се е доказало като ефективно средство за увеличаване на общото производство на биогаз. Проучванията сочат увеличение на производството на биогаз в диапазона от 26% до 36% в сравнение с необработената утайка.
• Подобрено намаляване на твърдите частици: Ултразвуковата обработка подобрява разграждането на летливите твърди вещества (VS). Например, степента на разграждане на VS може да се увеличи от 30 % на 35 % или дори повече (до 39 %), в зависимост от органичното натоварване и вложената енергия.
• Интегриране на отпадъчните води: Биоутайките от пречиствателните станции за градски и промишлени отпадъчни води, както и тези от самите биогазови инсталации, могат да бъдат ефективно преработвани с помощта на ултразвукови реактори, за да се оптимизира процесът на стабилизация и оползотворяване на енергията.

Кликнете тук, за да прочетете повече за Ултразвуково разпадане на утайките!

Ултразвуковата дезинтеграция на животински тор преди анаеробно разграждане подобрява добива на биогаз.

Ултразвуков енергиен баланс

Посочените по-горе процеси не изискват голямо количество ултразвукова енергия. Като цяло излишната енергия, получена в резултат на ултразвуковата обработка, компенсира енергията, използвана за генериране на ултразвука. Ултразвуковите устройства на Hielscher имат обща ефективност от над 85%. Това означава, че повече от 85% от електрическата енергия се преобразува и се предава на течността под формата на механична енергия. Действителните енергийни изисквания на даден процес могат да бъдат определени в малък мащаб с помощта на 1kW ултразвуков процесор в лабораторен мащаб. Всички резултати от такива лабораторни изпитания 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 16 kW на отделен соникатор няма ограничения по отношение на размера на инсталацията или производствения капацитет.