Povećanje efikasnosti proizvodnje bioenergije pomoću snažnog ultrazvuka

Primjena ultrazvuka visokog intenziteta (ultrazvučna obrada, sonikacija) u proizvodnji obnovljive energije predstavlja značajan napredak u efikasnosti procesa. Iskorištavanjem akustične kavitacije ultrazvučna tehnologija poboljšava prijenos mase, razgrađuje ćelijske strukture i ubrzava hemijske reakcije u različitim putevima proizvodnje biogoriva, uključujući biodizel, bioetanol i biogas.
Obnovljiva goriva bilježe sve veću potražnju jer cijene nafte dostižu nove vrhunce. Primjena ultrazvučne tehnologije u proizvodnji zelenih goriva, poput biodizela, bioetanola i biogasa, poboljšava tehničku i komercijalnu efikasnost.

Biodizel iz otpadnog biljnog ulja i životinjske masti

Biodizel je obnovljivo gorivo koje se može koristiti u dizel motorima kao alternativa dizelskom gorivu proizvedenom iz nafte. Biodizel se proizvodi transesterifikacijom iz izvora kao što su biljna ulja, životinjske masti ili mast. Najčešće sirovine su ulje soje, uljane repice ili algi. Proizvodnja biodizela uključuje katalitičku reakciju s alkoholom (metanolom ili etanolom). Ultrazvučno miješanje ulja, masti ili masnoće s alkoholom značajno poboljšava brzinu reakcije i prinos. Time se smanjuju investicijski i operativni troškovi.

• Ubrzana transesterifikacija: Ultrazvučno zračenje značajno skraćuje vrijeme reakcije u proizvodnji biodizela, često sa nekoliko sati na manje od pet minuta.
• Poboljšano odvajanje: Tehnologija poboljšava odvajanje glicerina od biodizela, čime se vrijeme taloženja skraćuje sa nekoliko sati na manje od 15 minuta.
• Veći prinosi: Ultrazvučna obrada može omogućiti prinose biodizela veće od 99% osiguravanjem temeljitog miješanja reaktanata.

Kliknite ovdje da biste saznali više o ultrazvučnim reaktorima za miješanje za biodizel!

Bioetanol iz škroba i šećera

Bioetanol se koristi kao zelena alternativa benzinu. Proizvodi se fermentacijom iz kukuruza, pšenice, krompira, šećerne trske, riže i drugih žitarica. Kvasac se koristi za fermentaciju škroba i šećera iz tih usjeva u etanol. Ultrazvučna dezintegracija ćelijskih struktura i ekstrakcija intracelularnog materijala smanjuju veličinu čestica i izlažu enzimima znatno veću površinu tokom likvefakcije. To poboljšava bioraspoloživost škroba i šećera te rezultira bržom i potpunijom fermentacijom, što dovodi do veće količine etanola.
Proizvodnja bioetanola uveliko ovisi o efikasnoj razgradnji lignocelulozne biomase radi oslobađanja fermentabilnih šećera. Ultrazvuk pomaže u tom procesu na nekoliko načina:

• Poboljšana hidroliza: Ultrazvučni predtretman olakšava dezintegraciju biljnih čestica i poboljšava oslobađanje glukoze iz kukuruzne suspenzije u postrojenjima za proizvodnju etanola suhim mljevenjem.
• Stimulirana fermentacija: Pokazalo se da ultrazvuk stimulira proizvodnju etanola tokom simultane saharifikacije i fermentacije (SSF) materijala kao što je miješani otpadni uredski papir.
• Efikasnost ekstrakcije: Ultrazvuk velike snage djelotvoran je u ekstrakciji aktivnih komponenti poput ksilana i heteroksilana iz kukuruznih klipova i ljuski, kao i u poboljšanju ekstrakcije ulja iz soje, što podržava šire bioosnovane proizvodne lance.

Kliknite ovdje da biste saznali više o dezintegraciji ćelija i ekstrakciji!

Biogas iz otpada i mulja

Komunalni organski otpad, kanalizacijski mulj, blato i stajnjak služe kao izvor biogasa. Obrada takvog materijala u aerobnim ili anaerobnim digestorima pretvara organski materijal u biogas. Ultrazvučna dezintegracija organskog materijala prije digestije mijenja strukturu materijala te oslobađa i aktivira enzime. To poboljšava digestiju organskog materijala, što dovodi do brže obrade, više plina i manje zaostalog mulja. To zauzvrat povećava kapacitet postojećih digestora i smanjuje troškove odlaganja.

U anaerobnoj digestiji ultrazvučni predtretman koristi se za dezintegraciju biomase (kao što je otpadni aktivni mulj) kako bi organska materija postala dostupnija bakterijama.

• Povećan prinos biogasa: Ultrazvučna obrada (sonikacija) pokazala se djelotvornom u povećanju kumulativne proizvodnje biogasa. Studije su zabilježile povećanje proizvodnje biogasa u rasponu od 26% do 36% u poređenju s neobrađenim muljem.
• Poboljšano smanjenje čvrstih tvari: Ultrazvučna obrada pojačava razgradnju isparljivih čvrstih tvari (VS). Na primjer, razgradnja VS može se povećati sa 30% na 35% ili čak više (do 39%), ovisno o organskom opterećenju i unosu energije.
• Integracija otpadnih voda: Biočvrste tvari iz gradskih i industrijskih postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda, kao i one iz samih postrojenja za biogas, mogu se efikasno obrađivati pomoću ultrazvučnih reaktora radi optimizacije procesa stabilizacije i obnavljanja energije.

Kliknite ovdje da biste saznali više o ultrazvučnoj dezintegraciji mulja!

Ultrazvučna dezintegracija životinjskog stajnjaka prije anaerobne digestije poboljšava prinose biogasa.

Ultrazvučni energetski bilans

Gore navedeni procesi ne zahtijevaju mnogo ultrazvučne energije. Općenito, višak energije dobijen kao rezultat ultrazvučne obrade nadoknađuje energiju utrošenu za stvaranje ultrazvuka. Hielscher ultrazvučni uređaji imaju ukupnu efikasnost veću od 85%. To znači da se više od 85% električne energije pretvara i prenosi u tečnost putem mehaničke energije. Stvarna energetska potreba procesa može se odrediti u maloj mjeri pomoću ultrazvučnog procesora od 1kW u laboratorijskoj izvedbi. Svi rezultati takvih laboratorijskih ispitivanja mogu se jednostavno povećati na veću skalu. Hielscher isporučuje industrijsku opremu za ultrazvučnu obradu širom svijeta. S industrijskim ultrazvučnim homogenizatorima snage do 16kW po pojedinačnom sonikatoru ne postoji ograničenje u veličini postrojenja ni u procesnom kapacitetu.