Pretvaranje otpadnog ulja za kuhanje u pouzdan biodizel za dizel motore

Otpadno ulje za kuhanje jedna je od najatraktivnijih sirovina za biodizel koje su danas dostupne. Jeftino je, široko dostupno i pomaže u rješavanju problema zbrinjavanja. Ali predstavlja i dobro poznat izazov u preradi: loše sirovine, kao što su otpadna biljna ulja, korištena ulja za kuhanje, masti za prženje, životinjske masti, loj ili riblja ulja, teže se učinkovito pretvaraju od rafiniranih djevičanskih ulja.

Nedavna studija o transesterifikaciji potpomognutoj ultrazvukom pokazuje kako se ovaj problem može prevladati ultrazvučnim miješanjem. Istraživači su optimizirali proizvodnju biodizela iz otpadnog ulja za kuhanje (WCO), a zatim su dobiveni biodizel i mješavine biodizela i dizela testirali u dizel motoru. Njihovi nalazi podupiru dva važna zaključka: prvo, ultrazvučna obrada (sonikacija) omogućava brzu konverziju s visokim iskorištenjem čak i kod zahtjevnih sirovina; drugo, dobivene mješavine biodizela i dizela mogu se koristiti u dizel motorima bez preinaka, uz performanse bliske dizelu i poboljšane emisije.

Spremni za pretvaranje jeftinih otpadnih ulja u visokovrijedan biodizel?

Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel pomažu proizvođačima da zahtjevne sirovine, kao što su otpadno ulje za kuhanje, masti za prženje, loj i riblje ulje, pretvore uz veće brzine reakcije, kraće vrijeme zadržavanja i poboljšanu učinkovitost procesa. Kontaktirajte nas odmah kako bismo razgovarali o vašoj sirovini, ciljnom kapacitetu i konfiguraciji reaktora za kontinuiranu ultrazvučnu proizvodnju biodizela.

Zašto su loše sirovine zahtjevne u proizvodnji biodizela

Jeftine sirovine za biodizel atraktivne su jer trošak sirovine dominira ekonomikom proizvodnje. Studija koju su 2025. objavili Belal i suradnici pokazuje da se otpadna ulja za kuhanje i masti mogu učinkovito pretvoriti u biodizel ultrazvučnim miješanjem. Nakon toga je ultrazvučno proizveden biodizel uspješno korišten u dizel motorima.
Iako korištenje otpadnih ulja izbjegava problem hrane naspram goriva povezan s jestivim uljima, izazov je u tome što su loše sirovine promjenjivije i teže za preradu. U konvencionalnoj transesterifikaciji faze alkohola i ulja se ne miješaju, pa učinkovitost reakcije uvelike ovisi o tome koliko dobro sistem može prevladati ograničenja prijenosa mase. Kod degradiranih ili niskokvalitetnih ulja i masti ta ograničenja postaju izraženija, što često dovodi do sporije konverzije, dužeg vremena zadržavanja, teže separacije faza i manje učinkovite ukupne prerade. Upravo tu ultrazvučno miješanje dolazi do izražaja kao istinski pokretač promjena.

Zašto ultrazvučna obrada omogućava korištenje loših sirovina

Ultrazvučna obrada (sonikacija) omogućava učinkovitiju preradu loših sirovina kao što su otpadna biljna ulja, otpadna ulja za kuhanje, masti za prženje, goveđi loj ili riblja ulja jer ultrazvučna kavitacija prisiljava mnogo bolji kontakt između faza ulja i alkohola koje se ne miješaju, čime se uvelike poboljšavaju miješanje te prijenos topline i mase. Osim toga, ultrazvučno miješanje ima i fizičke i hemijske učinke: ultrazvučna kavitacija intenzivira reakcijsko okruženje i može potaknuti nastanak visoko reaktivnih radikala, koji dodatno ubrzavaju kinetiku reakcije i podupiru bržu, potpuniju transesterifikaciju.
Upravo zato je ultrazvučna obrada tako vrijedna za sirovine nižeg kvaliteta. Ona nadoknađuje ograničenja zbog kojih su te sirovine zahtjevne u konvencionalnim sistemima.

Što je studija postigla ultrazvučnom obradom

Umjesto fokusiranja na malu laboratorijsku postavku, ključni rezultat za industrijske proizvođače biodizela jeste intenzifikacija procesa postignuta ultrazvučnom obradom. Pod optimiziranim ultrazvučnim uvjetima, studija Belala i sur. (2025) postigla je iskorištenje biodizela od 96,65%. U usporedbi s konvencionalnom referentnom vrijednošću autora, transesterifikacija potpomognuta ultrazvukom skratila je reakcijsko vrijeme s 90 minuta na 6 minuta, a vrijeme separacije biodizela i glicerola sa 720 minuta na 30 minuta.
Ovo su vrlo relevantni rezultati za industrijsku proizvodnju biodizela jer pokazuju da ultrazvučna obrada ne poboljšava miješanje samo neznatno – ona iz temelja ubrzava konverziju i naknadnu separaciju.

Ultrazvučna metoda postiže približno 75% konverzije u prvih 1,5 minuta, a na oko 90% konverzije dostiže plato nakon 6 minuta.
Konvencionalna metoda pokazuje znatno sporiju brzinu konverzije i nakon 8 minuta postiže samo oko 40% konverzije.
Studija i grafikon: ©Fayyyazi et al. 2014

Kako se ovo prenosi na kontinuiranu protočnu preradu biodizela Hielscher

Za industrijsku primjenu ovi nalazi izravno se prenose na prednosti kontinuirane protočne ultrazvučne prerade biodizela s Hielscher industrijskim sonikatorima i reaktorima. Isti mehanizam kavitacije prikazan u studiji – intenzivirano miješanje, poboljšan međufazni kontakt, brži prijenos topline i mase te ubrzana kinetika reakcije – upravo je ono što pokreće performanse u inline ultrazvučnim reaktorima.
U kontinuiranom radu ulje, alkohol i katalizator pumpaju se kroz zonu ultrazvučnog reaktora, gdje kavitacija visokog intenziteta kontinuirano disperguje faze i ostvaruje njihovu reakciju. To omogućava kraće vrijeme zadržavanja, bržu konverziju, robusnije rukovanje promjenjivim jeftinim sirovinama i bržu naknadnu separaciju. Za industrijske proizvođače koji rade s WCO-om, korištenim mastima za prženje, lojem ili ribljim uljem, ključna poruka je jasna: ultrazvučna obrada čini zahtjevne sirovine komercijalno atraktivnijima jer postiže bolju konverziju u kraćem vremenu.

Ultrazvučna obrada poboljšava kvalitet goriva

Ključno je da sirova otpadna ulja nisu pogodna kao motorna goriva. Termogravimetrijska analiza u studiji uspoređivala je dizel, sirovi WCO, konvencionalno proizveden biodizel i biodizel proizveden ultrazvučnim miješanjem. Autori su utvrdili da je sirovi WCO imao najlošije ponašanje pri isparavanju, dok je ultrazvučno proizveden biodizel pokazao poboljšano ponašanje pri isparavanju u usporedbi sa sirovim WCO-om, pa čak i u usporedbi s biodizelom proizvedenim tradicionalnom transesterifikacijom.
Ovo je važno jer su slabo isparavanje i slaba atomizacija među glavnim razlozima zbog kojih neobrađena otpadna ulja mogu uzrokovati zaprljanje brizgaljki, nepotpuno izgaranje i naslage. Studija navodi da je sirovi WCO sadržavao netopive oligomere koji mogu oštetiti motor začepljenjem sistema za ubrizgavanje, dok pravilna transesterifikacija znatno poboljšava ponašanje goriva.

Mogu li se mješavine biodizela i dizela koristiti u dizel motorima bez problema?

Studija Belala i sur. (2025) pokazuje da se, da, ultrazvučno proizveden biodizel može koristiti u standardnim dizel motorima bez problema. Istraživači su testirali mješavine B10, B20, B30, B40 i B100 u dizel motoru pri konstantnoj brzini vrtnje i promjenjivom opterećenju. Njihov zaključak bio je da se dizel može zamijeniti biodizelom iz WCO-a ili mješavinama biodizela i dizela bez preinaka motora te da je B40 bila preporučena mješavina jer je spajala usporedive performanse motora s jasno poboljšanim emisijama.
Iako nije svaka metrika identična onoj fosilnog dizela, mješavine ostaju potpuno upotrebljive u radu standardnog dizel motora, pri čemu su razlike u performansama male, a prednosti u pogledu emisija znatne.

Različite mješavine biodizela i dizela pri opterećenjima motora od 10–100%. – Lijevo: varijacija BSFC / Desno: varijacija BTE s različitim mješavinama biodizela i dizela pri opterećenjima motora od 10–100%
Studija i grafikoni: ©Belal et al., 2025

Performanse motora: bliske dizelu, uz male kompromise

Studija je pokazala da su mješavine biodizela pružile performanse motora slične dizelu, uz blago povećanje specifične potrošnje goriva na kočnici i neznatno smanjenje kočione toplinske efikasnosti.
Ove promjene su očekivane. Izmjerena svojstva pokazala su da je biodizel iz WCO-a imao veću gustoću i viskoznost te nižu ogrjevnu vrijednost od dizela, iako je cetanski broj u ovoj studiji bio isti. To znači da bi za postizanje iste snage moglo biti potrebno nešto više goriva, ali motor i dalje normalno radi na mješavinama.
Sa praktičnog stajališta, to podupire tvrdnju da su mješavine biodizela operativno održive u dizel motorima čak i kada se proizvode iz loših sirovina kao što je otpadno ulje za kuhanje.

Emisije: snažne prednosti miješanja biodizela

Rezultati emisija su područje u kojem je biodizel pokazao svoje najveće prednosti.

Pri punom opterećenju B100 je ostvario najveća smanjenja:

• CO: smanjenje od 42,9%
• neizgorjeli ugljikovodici: smanjenje od 29,9%
• zamućenost dima: smanjenje od 42,1%

u usporedbi s čistim dizelom.
Studija te prednosti pripisuje većem sadržaju kisika i manjem sadržaju ugljika u biodizelu, što potiče potpunije izgaranje i smanjuje nastanak čađi.

Što ovo znači za proizvođače biodizela

Loše sirovine su ekonomski atraktivne, ali ih je teže prerađivati konvencionalnom tehnologijom. Ultrazvučna obrada mijenja tu jednadžbu prevladavanjem barijere prijenosa mase između ulja i alkohola i dramatičnim ubrzavanjem konverzije. U studiji je to značilo iskorištenje biodizela od 96,65%, skraćenje reakcijskog vremena s 90 minuta na 6 minuta i smanjenje vremena separacije s 12 sati na 30 minuta.
Za kontinuirane industrijske sisteme za biodizel to se prevodi u ključne prednosti Hielscher ultrazvučne prerade: veći protok, kraće vrijeme zadržavanja, veću otpornost na varijabilnost sirovine i učinkovitiju proizvodnju iz jeftinih ulja i masti.

UIP1000hdT ultrazvučni reaktor za poboljšanu konverziju otpadnih ulja i masti u biodizel.

Hielscher sonikatori za biodizel iz WCO-a

Studija pokazuje zašto su Hielscher sonikatori tako moćan alat za proizvodnju biodizela iz loših sirovina. Ultrazvučna kavitacija intenzivira transesterifikaciju poboljšavanjem miješanja, prijenosa topline, prijenosa mase i kinetike reakcije, čime se omogućava da se zahtjevne sirovine, kao što su otpadna ulja za kuhanje i druga degradirana ulja i masti, brzo i učinkovito pretvore. Pod optimiziranim uvjetima studija je postigla iskorištenje biodizela od 96,65% za samo 6 minuta, uz dramatično bržu separaciju glicerola nego kod konvencionalne prerade.
Podjednako važno, dobiveni biodizel bio je praktičan za upotrebu u motorima. Mješavine biodizela i dizela pokazale su performanse bliske konvencionalnom dizelu, uz značajno smanjenje CO, neizgorjelih ugljikovodika i dima. Preporučena mješavina B40 spojila je usporedive mehaničke performanse s najuravnoteženijim ponašanjem emisija i mogla se koristiti bez preinaka motora.
Hielscher sonikatori ne samo da ubrzavaju proizvodnju biodizela – oni čine jeftine sirovine slabog kvaliteta održivima za učinkovitu kontinuiranu preradu i pretvaraju otpadna ulja i masti u praktično gorivo spremno za motore.

Tabela u nastavku daje okvirnu informaciju o približnom kapacitetu prerade Hielscher ultrazvučnih reaktora za biodizel:

Ekonomske i ekološke implikacije korištenja Hielscher ultrazvučnih miješalica za biodizel

Tehno-ekonomski model autora Gholami et al. (2021) pokazao je:

• Ukupni investicijski trošak smanjen je za približno 21%,
• Trošak proizvoda po toni smanjen je za približno 5%,
• Nastajanje otpada smanjeno je na jednu petinu onog kod mehaničkog miješanja,
• Interna stopa povrata (IRR) poboljšana je na 18,3% uz pozitivnu neto sadašnju vrijednost (NPV), dok je konvencionalni proces ostao neekonomičan.

S ekološkog stajališta, smanjenje viška metanola izravno ublažava emisije hlapljivih organskih spojeva i snižava potrošnju toplinske energije, čime se ultrazvučna proizvodnja biodizela usklađuje s ciljevima zelene proizvodnje.

Pregled prednosti ultrazvučnog reaktora za biodizel

(rezultati komparativne studije, usp. Gholami et al., 2021)

Dizajn, proizvodnja i savjetovanje – kvalitet proizveden u Njemačkoj

Hielscher ultrasonikatori poznati su po svom najvišem kvalitetu i standardima dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrasonikatora u industrijska postrojenja. Hielscher ultrasonikatori lako podnose teške uvjete i zahtjevna okruženja.

Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana kompanija i posebnu pažnju posvećuje visokoučinkovitim ultrasonikatorima koji odlikuju najsavremenija tehnologija i jednostavnost korištenja. Naravno, Hielscher ultrasonikatori su u skladu s CE oznakom i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Literatura / reference

• 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.