Od UCO do biodizela pomoću ultrazvučnih reaktora

Korišteno jestivo ulje (UCO) postalo je jedna od najatraktivnijih sirovina za održivu proizvodnju biodizela. Pretvaranje UCO-a u biodizel, odnosno metilni ester korištenog jestivog ulja, pomaže u smanjenju otpada, snižava troškove sirovina i podržava kružniju ekonomiju goriva. Za proizvođače biodizela koji traže efikasnu tehnologiju obrade, ultrazvučni reaktori za biodizel kompanije Hielscher nude moćno rješenje za intenziviranje procesa transesterifikacije i esterifikacije.

Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel naširoko se koriste za poboljšanje konverzije jeftinih ulja i masti u visokokvalitetan biodizel. Stvaranjem intenzivnog miješanja na mikroskopskom nivou, ultrazvučna kavitacija ubrzava hemijske reakcije, poboljšava prijenos mase između faza koje se ne miješaju i pomaže proizvođačima da postignu brzu, pouzdanu i skalabilnu proizvodnju biodizela.

UCOME – biodizel iz otpadnih ulja

UCOME je skraćenica za metilni ester korištenog jestivog ulja (engl. used cooking oil methyl ester). To je biodizel gorivo koje se proizvodi pretvaranjem otpadnih jestivih ulja u metilne estere masnih kiselina hemijskom reakcijom s metanolom. Budući da je UCO reciklirana sirovina, UCOME je posebno atraktivan i s ekonomskog i s ekološkog aspekta.
U poređenju s djevičanskim biljnim uljima, UCO nudi jasne troškovne prednosti, ali predstavlja i izazove u obradi. Korišteno jestivo ulje često sadrži:

• slobodne masne kiseline (FFA)
• vodu
• ostatke hrane i kontaminante
• produkte oksidacije
• promjenjiv sastav, ovisno o porijeklu i historiji upotrebe

Ovi faktori čine efikasnost procesa i performanse reaktora posebno važnima. Upravo tu ultrazvučni reaktori za biodizel nude značajne prednosti.

U ovom video vodiču upoznajemo vas s naučnim osnovama načina na koji ultrazvučni reaktori za biodizel značajno poboljšavaju proizvodnju biodizela. Ultrazvučni reaktori Hielscher za biodizel dokazali su se kao moćan alat za unapređenje procesa proizvodnje biodizela, a u ovom vodiču detaljno objašnjavamo njihov princip rada i prikazujemo različite ultrazvučne konfiguracije za sve obime proizvodnje. Povećajte efikasnost i ekonomičnost proizvodnje biodizela te ostvarite veće prinose visokokvalitetnog biodizela uz brzu konverziju. Istovremeno, ultrazvučni reaktori za biodizel omogućavaju upotrebu ulja lošeg kvaliteta, poput otpadnih biljnih ulja ili iskorištenih masti za kuhanje, te pomažu u smanjenju potrošnje metanola i katalizatora, čime doprinose ekološki prihvatljivoj i održivoj proizvodnji biodizela.

 

Kako ultrazvučni reaktori za biodizel poboljšavaju konverziju UCO-a u UCOME

Tradicionalna proizvodnja biodizela često se oslanja na mehaničko miješanje i toplotu kako bi se ulje, alkohol i katalizator doveli u kontakt. Budući da se ulje i metanol slabo miješaju, konvencionalni reaktori mogu imati spore brzine reakcije, nepotpunu konverziju, veću potrošnju hemikalija i duža vremena zadržavanja.
Hielscher ultrazvučni reaktori koriste ultrazvuk visokog intenziteta za stvaranje kavitacije u tekućini. Kavitacija stvara mikroskopske zone miješanja s izuzetno visokim smičnim silama. To razbija metanol na vrlo sitne kapljice unutar uljne faze i stvara znatno veću međufaznu površinu za reakciju.

Rezultat je visoko intenzivirani proces proizvodnje biodizela s važnim prednostima:

• brža transesterifikacija i esterifikacija
• poboljšana efikasnost konverzije
• bolje iskorištenje metanola i katalizatora
• skraćeno vrijeme reakcije
• mogućnost kontinuirane inline obrade
• jednostavno povećanje razmjera od pilot do industrijske proizvodnje

Za UCO sirovine s povišenim sadržajem FFA ultrazvuk je posebno koristan jer poboljšava i esterifikaciju katalizovanu kiselinom i korake transesterifikacije katalizovane bazom.

Od UCO-a do biodizela: pregled procesa

Pretvaranje korištenog jestivog ulja u biodizel općenito uključuje nekoliko faza procesa. Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel mogu se integrirati u jednostepene ili dvostepene procesne izvedbe, ovisno o kvalitetu sirovine.

Tipičan proces od UCO-a do biodizela uključuje:

• prikupljanje i skladištenje korištenog jestivog ulja
• filtraciju radi uklanjanja čvrstih tvari i čestica hrane
• sušenje ili uklanjanje vode radi smanjenja sadržaja vlage
• analizu FFA radi određivanja potrebnog reakcijskog puta
• esterifikaciju slobodnih masnih kiselina kada je FFA visok
• transesterifikaciju metanolom radi stvaranja metilnih estera
• odvajanje biodizela i glicerola
• pranje ili suho pročišćavanje biodizela
• završno poliranje radi postizanja specifikacija kvaliteta goriva

Kada su prisutni visoki nivoi FFA, esterifikacija kao predtretman često se koristi za pretvaranje slobodnih masnih kiselina u estere prije glavnog koraka transesterifikacije. Ultrazvučna obrada može ubrzati obje faze i poboljšati ukupnu produktivnost postrojenja. Saznajte više o ultrazvučno potpomognutoj dvostepenoj konverziji biodizela!

Zašto su Hielscher ultrazvučni reaktori dobro prilagođeni za UCOME biodizel

Hielscher ultrazvučni reaktori konstruirani su za industrijsku obradu tekućina i posebno su efikasni u primjenama biodizela u kojima miješanje tekućina u tekućini određuje brzinu reakcije. Umjesto da se oslanja samo na masovno miješanje, ultrazvuk stvara intenzivnu lokaliziranu energiju točno tamo gdje je potrebna.
To proizvođačima donosi nekoliko praktičnih prednosti.

• Odlično miješanje ulja i metanola
  Jedno od ključnih ograničenja u proizvodnji biodizela je slaba mješljivost ulja i metanola. Hielscher ultrazvučni reaktori stvaraju vrlo finu emulziju, što uvelike poboljšava kontakt između reaktanata. Bolji kontakt znači bržu kinetiku reakcije i višu konverziju.
• Visoke performanse s zahtjevnim sirovinama
  UCO nije ujednačena sirovina. Sadržaj vode, nivo FFA i opterećenje kontaminantima mogu varirati od šarže do šarže. Hielscher reaktori pomažu u kompenzaciji ovih varijacija intenziviranjem reakcijskog okruženja, čime proces postaje robusniji i prilagodljiviji.
• Kraće vrijeme zadržavanja
  Budući da ultrazvuk ubrzava esterifikaciju i transesterifikaciju, proizvođači često mogu postići ciljanu konverziju u kraćem vremenu nego s konvencionalnim sistemima s miješanjem. To može smanjiti potrebnu zapreminu reaktora i povećati protočnost.
• Kontinuirani inline rad
  Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel idealni su za kontinuiranu obradu. Inline konfiguracije reaktora podržavaju proizvodnju u stacionarnom stanju s ponovljivim kvalitetom, što je vrlo vrijedno za komercijalna postrojenja za biodizel.
• Jednostavno povećanje razmjera
  Velika prednost Hielscher tehnologije je linearno povećanje razmjera. Procesni parametri utvrđeni u laboratorijskim ili pilot ispitivanjima mogu se predvidljivije prenijeti na veće proizvodne sisteme. To smanjuje razvojni rizik i pojednostavljuje planiranje proširenja.
• Industrijska pouzdanost
  Hielscher sistemi dizajnirani su za zahtjevan industrijski rad. Za proizvođače biodizela to znači pouzdane performanse reaktora, ponovljive rezultate i kompatibilnost s automatiziranim procesnim linijama.
• Proizvodnja biodizela prema ASTM D6751 i EN 14214
  Komercijalni proizvođači biodizela često ciljaju na specifikacije kvaliteta goriva kao što su ASTM D6751 i EN 14214. Ovi standardi definiraju kritična svojstva, uključujući sadržaj estera, viskoznost, plamište, kiselinski broj, sadržaj vode, oksidacijsku stabilnost, granice za kontaminante i nivoe glicerina.

 
Pročitajte kako ultrazvučno proizveden biodizel radi na dizelskim motorima s unutrašnjim sagorijevanjem!

Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel koriste se u procesima proizvodnje biodizela osmišljenim za postizanje kvaliteta goriva u skladu s ASTM D6751 i EN 14214. U studiji objavljenoj 2020. godine, Bastante-Saez i suradnici pokazali su da je biodizel proizveden iz otpadnih masti od kebaba pomoću Hielscher ultrazvučnog reaktora dao visoke prinose metilnih estera masnih kiselina (FAME). FAME je bio viši (97,42% w/w za pileću mast i 96,98 za mast od govedine i janjetine) od minimalnog praga utvrđenog europskom regulativom EN 14214 (tj. najmanje 96,5% w/w).

 

Biodizel malih razmjera za farme i korisnike izvan mreže

U nekim zemljama ili regijama propisi o biodizelu su ograničeni ili se ne provode za male privatne korisnike. Poljoprivrednici i vlasnici opreme mogu proizvoditi manje količine biodizela iz korištenog jestivog ulja za potrošnju na licu mjesta u traktorima, generatorima, grijalicama ili drugoj poljoprivrednoj opremi na dizelski pogon.
U tim slučajevima cilj je često praktična zamjena goriva, a ne certificirana komercijalna prodaja. Ultrazvučni reaktori za biodizel mogu biti atraktivni i za takvu decentraliziranu proizvodnju jer nude:

• brza vremena reakcije
• efikasnu konverziju s kompaktnom opremom
• dobru pogodnost za promjenjive sirovine od otpadnih ulja
• smanjenu ovisnost o velikim spremnicima s miješanjem
• potencijal za modularne procesne postavke

Istovremeno je važno jasno naglasiti da biodizel koji ne zadovoljava specifikacije možda nije prikladan za sve motore, možda ne udovoljava lokalnim zakonskim zahtjevima te može predstavljati probleme u vezi sa skladištenjem, kompatibilnošću materijala, emisijama ili garancijom motora. Gdje biodizel standardi postoje, gorivo treba ispitati i proizvesti u skladu s njima prije upotrebe u reguliranim primjenama ili na cestovnim vozilima.

 

Ekonomske prednosti ultrazvučne proizvodnje biodizela iz UCO-a

Trošak sirovine jedna je od najvećih varijabli u ekonomiji biodizela. Budući da je korišteno jestivo ulje općenito jeftinije od rafiniranih biljnih ulja, nudi veliki potencijal za uštedu. Međutim, te se uštede mogu izgubiti ako je proces spor, hemijski neefikasan ili nije u stanju nositi se s promjenjivošću sirovine.
Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel pomažu u zaštiti profitabilnosti poboljšanjem efikasnosti reakcije i produktivnosti postrojenja. Potencijalne ekonomske prednosti uključuju:

• bolje iskorištenje jeftinih UCO sirovina
• povećanu protočnost
• skraćeno vrijeme reakcije
• manju potrebu za energijom za miješanje u poređenju sa scenarijima neefikasnog masovnog miješanja
• poboljšanu konzistentnost procesa
• lakšu integraciju u kontinuirane proizvodne linije

Za proizvođače koji žele povećati razmjere proizvodnje biodizela iz otpadnih ulja ova kombinacija fleksibilnosti sirovine i intenziviranja procesa može biti vrlo vrijedna.

Efikasno pretvorite UCO u UCOME biodizel pomoću Hielscher ultrazvučnih reaktora!

Pretvaranje korištenog jestivog ulja u UCOME pametan je način za stvaranje obnovljivog goriva iz otpada uz poboljšanje održivosti i snižavanje troškova sirovine. Budući da je UCO često teže obrađivati od djevičanskih ulja, tehnologija reaktora igra ključnu ulogu u postizanju efikasne i pouzdane proizvodnje biodizela.
Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel intenziviraju reakciju između ulja i metanola miješanjem i prijenosom mase pokretanim kavitacijom. To omogućava bržu esterifikaciju i transesterifikaciju, bolje rukovanje promjenjivim UCO sirovinama i skalabilnu inline proizvodnju biodizela.
Za komercijalne proizvođače, Hielscher ultrazvučni sistemi koriste se u procesima proizvodnje biodizela osmišljenim za proizvodnju goriva koje zadovoljava ASTM D6751 i EN 14214. Za poljoprivrednike i male korisnike u zemljama bez propisa o biodizelu, ultrazvučni reaktori mogu također podržati kompaktnu proizvodnju manjih količina biodizela za lokalnu upotrebu u opremi, uz svijest da gorivo koje ne zadovoljava specifikacije treba koristiti oprezno i u skladu s lokalnim zahtjevima i kompatibilnošću motora.
Ako je vaš cilj efikasna proizvodnja UCOME iz UCO-a, Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel nude moćnu i skalabilnu tehnološku platformu za modernu proizvodnju biodizela.

Tabela u nastavku daje orijentacijski prikaz približnog kapaciteta obrade Hielscher ultrazvučnih reaktora za biodizel:

Protok	Snaga
20 – 100L/hr	1kW
80 – 400L/hr	4x1kW
0,3 – 1,5m³/hr	4x4kW
2 – 10m³/hr	6x16kW
20 – 100m³/hr	62x16kW

Zašto je Hielscher snažan izbor za proizvođače biodizela?

Hielscher je prepoznat po industrijskoj ultrazvučnoj tehnologiji osmišljenoj za stvarne procesne primjene. U proizvodnji biodizela Hielscher ultrazvučni reaktori pružaju praktičan put za intenziviranje konverzije UCO-a, poboljšanje miješanja metanola i ulja te podršku efikasnoj proizvodnji biodizela iz otpadnih ulja i masti.

Ključni razlozi zbog kojih proizvođači biraju Hielscher uključuju:

• provjerenu stručnost u ultrazvuku
• inline izvedbe reaktora za kontinuiranu proizvodnju biodizela
• pogodnost za esterifikaciju i transesterifikaciju
• snažan put povećanja razmjera od laboratorija do proizvodnje
• robusnu opremu za industrijska okruženja
• efikasnu obradu zahtjevnih sirovina kao što je korišteno jestivo ulje

Dizajn, proizvodnja i savjetovanje – kvalitet proizveden u Njemačkoj

Hielscher ultrasonicatori poznati su po svom najvišem kvalitetu i dizajnerskim standardima. Robusnost i jednostavan rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrasonicatora u industrijska postrojenja. Hielscher ultrasonicatori lako se nose s teškim uvjetima i zahtjevnim okruženjima.

Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana kompanija i posebno naglašava visokoučinkovite ultrasonicatore s najsavremenijom tehnologijom i jednostavnošću korištenja. Naravno, Hielscher ultrasonicatori su u skladu s CE oznakom i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

---

---

Literatura / reference

• 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.
• M. Maghami, S.M. Sadrameli, B. Ghobadian (2015): Production of biodiesel from fishmeal plant waste oil using ultrasonic and conventional methods. Applied Thermal Engineering, Volume 75,
  2015. 575-579.
• Veera Gnaneswar Gude, Georgene Elizabeth Grant (2013): Biodiesel from waste cooking oils via direct sonication. Applied Energy, Volume 109, 2013. 135-144.
• Medeiros, Eliane; Vieira, Bruno; Pereira, Cláudio; Nadaleti, Willian; Quadro, Maurizio; Andreazza, Robson (2019): Production of biodiesel using oil obtained from fish processing residue by conventional methods assisted by ultrasonic waves: Heating and stirring. Renewable Energy 2019.
• Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences ; Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
• 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.
• Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).