Přeměna odpadního kuchyňského oleje na spolehlivou bionaftu pro vznětové motory

Odpadní kuchyňský olej je dnes jednou z nejatraktivnějších dostupných surovin pro výrobu bionafty. Je levný, široce dostupný a pomáhá řešit problém s likvidací. Zároveň však představuje dobře známou výzvu pro zpracování: méně kvalitní suroviny, jako jsou odpadní rostlinné oleje, použité kuchyňské oleje, fritovací tuky, živočišné tuky, lůj nebo rybí oleje, se efektivně přeměňují obtížněji než rafinované nepoužité oleje.

Nedávná studie zaměřená na ultrazvukem podporovanou transesterifikaci ukazuje, jak lze tento problém překonat pomocí ultrazvukového míchání. Výzkumníci optimalizovali výrobu bionafty z odpadního kuchyňského oleje (WCO) a následně testovali získanou bionaftu i směsi bionafty s naftou ve vznětovém motoru. Jejich zjištění podporují dva důležité závěry: zaprvé, sonikace umožňuje rychlou konverzi s vysokým výtěžkem i u obtížných surovin; zadruhé, výsledné směsi bionafty s naftou lze používat ve vznětových motorech bez úprav, s výkonem blízkým naftě a se zlepšenými emisemi.

Chcete přeměnit levné odpadní oleje na vysoce hodnotnou bionaftu?

Ultrazvukové reaktory Hielscher pro výrobu bionafty pomáhají výrobcům přeměňovat obtížné suroviny, jako je odpadní kuchyňský olej, fritovací tuky, lůj a rybí olej, s vyššími reakčními rychlostmi, kratšími dobami zdržení a vyšší efektivitou procesu. Kontaktujte nás nyní a proberte s námi svou surovinu, cílovou kapacitu a uspořádání reaktoru pro kontinuální ultrazvukovou výrobu bionafty.

Proč jsou méně kvalitní suroviny při výrobě bionafty problematické

Levné suroviny pro výrobu bionafty jsou atraktivní, protože náklady na surovinu rozhodujícím způsobem určují ekonomiku výroby. Studie, kterou v roce 2025 publikovali Belal a kolegové, ukazuje, že odpadní kuchyňské oleje a tuky lze pomocí ultrazvukového míchání efektivně přeměnit na bionaftu. Ultrazvukem vyrobená bionafta byla následně úspěšně použita ve vznětových motorech.
Použití odpadních olejů sice odstraňuje problém soupeření potravin a paliv spojený s jedlými oleji, výzvou však je, že méně kvalitní suroviny jsou proměnlivější a obtížněji zpracovatelné. Při konvenční transesterifikaci jsou alkoholová a olejová fáze nemísitelné, takže účinnost reakce silně závisí na tom, jak dobře dokáže systém překonat omezení přenosu hmoty. U degradovaných nebo nízkojakostních olejů a tuků jsou tato omezení ještě závažnější, což často vede k pomalejší konverzi, delším dobám zdržení, obtížnější separaci fází a celkově méně efektivnímu zpracování. Právě zde se ultrazvukové míchání ukazuje jako skutečně převratná technologie.

Proč sonikace umožňuje využití méně kvalitních surovin

Sonikace umožňuje efektivněji zpracovávat méně kvalitní suroviny, jako jsou odpadní rostlinné oleje, odpadní kuchyňské oleje, fritovací tuky, hovězí lůj nebo rybí oleje, protože ultrazvuková kavitace vynucuje mnohem lepší kontakt mezi nemísitelnými fázemi oleje a alkoholu, a výrazně tak zlepšuje míchání i přenos tepla a hmoty. Ultrazvukové míchání má navíc fyzikální i chemické účinky: ultrazvuková kavitace intenzifikuje reakční prostředí a může podporovat vznik vysoce reaktivních radikálů, které dále urychlují reakční kinetiku a podporují rychlejší a úplnější transesterifikaci.
Právě proto je sonikace tak cenná pro nízkojakostní suroviny. Kompenzuje omezení, kvůli nimž jsou tyto suroviny v konvenčních systémech obvykle obtížně zpracovatelné.

Čeho studie dosáhla pomocí sonikace

Spíše než malé laboratorní uspořádání je pro průmyslové výrobce bionafty klíčovým výsledkem intenzifikace procesu dosažená sonikací. Za optimalizovaných ultrazvukových podmínek dosáhla studie Belal et al. (2025) výtěžku bionafty 96,65%. Ve srovnání s konvenčním referenčním procesem autorů zkrátila ultrazvukem podporovaná transesterifikace reakční dobu z 90 minut na 6 minut a dobu separace bionafty od glycerolu z 720 minut na 30 minut.
Tyto výsledky jsou pro průmyslovou výrobu bionafty vysoce relevantní, protože ukazují, že sonikace nezlepšuje míchání jen nepatrně – zásadně urychluje konverzi i navazující separaci.

Ultrazvuková metoda dosahuje přibližně 75% konverze během prvních 1,5 minuty a po 6 minutách se ustálí na přibližně 90% konverzi.
Konvenční metoda vykazuje mnohem pomalejší rychlost konverze a po 8 minutách dosahuje pouze přibližně 40% konverze.
Studie a graf: ©Fayyyazi et al. 2014

Jak se to promítá do kontinuálního průtokového zpracování bionafty se zařízeními Hielscher

Pro průmyslovou realizaci se tato zjištění přímo promítají do výhod kontinuálního průtokového ultrazvukového zpracování bionafty pomocí průmyslových sonikátorů a reaktorů Hielscher. Stejný kavitační mechanismus prokázaný ve studii – intenzivnější míchání, lepší mezifázový kontakt, rychlejší přenos tepla a hmoty a urychlená reakční kinetika – je přesně tím, co určuje výkon inline ultrazvukových reaktorů.
Při kontinuálním provozu se olej, alkohol a katalyzátor čerpají přes zónu ultrazvukového reaktoru, kde vysoce intenzivní kavitace kontinuálně disperguje fáze a nechává je reagovat. To umožňuje kratší doby zdržení, rychlejší konverzi, robustnější zpracování proměnlivých levných surovin a rychlejší navazující separaci. Pro průmyslové výrobce zpracovávající WCO, použité fritovací tuky, lůj nebo rybí olej je hlavní poznatek jasný: sonikace činí obtížné suroviny komerčně atraktivnějšími tím, že zajišťuje lepší konverzi za kratší dobu.

Sonikace zlepšuje kvalitu paliva

Zásadní je, že surové odpadní oleje nejsou vhodnými motorovými palivy. Termogravimetrická analýza ve studii porovnávala naftu, surový WCO, konvenčně vyrobenou bionaftu a bionaftu vyrobenou ultrazvukovým mícháním. Autoři zjistili, že surový WCO měl nejhorší odpařovací chování, zatímco ultrazvukem vyrobená bionafta vykazovala lepší odpařovací chování ve srovnání se surovým WCO, a dokonce i ve srovnání s bionaftou vyrobenou tradiční transesterifikací.
To je důležité, protože špatné odpařování a špatné rozprašování patří k hlavním důvodům, proč neupravené odpadní oleje mohou způsobovat zanášení vstřikovačů, nedokonalé spalování a usazeniny. Studie uvádí, že surový WCO obsahoval nerozpustné oligomery, které mohou poškodit motor ucpáním vstřikovacího systému, zatímco správně provedená transesterifikace chování paliva podstatně zlepšuje.

Lze směsi bionafty a nafty používat ve vznětových motorech bez problémů?

Studie Belal et al. (2025) ukazuje, že ano, ultrazvukem vyrobenou bionaftu lze bez problémů používat v běžných vznětových motorech. Výzkumníci testovali směsi B10, B20, B30, B40 a B100 ve vznětovém motoru při konstantních otáčkách a proměnném zatížení. Dospěli k závěru, že naftu lze nahradit bionaftou z WCO nebo směsmi bionafty a nafty bez úprav motoru a že doporučenou směsí byla B40, protože kombinovala srovnatelný výkon motoru s jednoznačně lepšími emisemi.
I když ne každý ukazatel je totožný s fosilní naftou, směsi zůstávají plně použitelné v běžném provozu vznětových motorů, přičemž rozdíly ve výkonu jsou malé a přínosy z hlediska emisí podstatné.

Různé směsi bionafty/nafty při zatížení motoru 10–100%. – Vlevo: Změna BSFC / Vpravo: Změna BTE u různých směsí bionafty/nafty při zatížení motoru 10–100%
Studie a grafy: ©Belal et al., 2025

Výkon motoru: blízký naftě, s malými kompromisy

Studie zjistila, že směsi bionafty poskytovaly výkon motoru podobný naftě, s mírným nárůstem měrné spotřeby paliva a nepatrným poklesem efektivní tepelné účinnosti.
Tyto změny jsou očekávané. Naměřené vlastnosti ukázaly, že bionafta z WCO měla vyšší hustotu a viskozitu a nižší výhřevnost než nafta, cetanové číslo však bylo v této studii stejné. To znamená, že k dosažení stejného výkonu může být zapotřebí o něco více paliva, motor však na směsi stále pracuje normálně.
Z praktického hlediska to podporuje argument, že směsi bionafty jsou ve vznětových motorech provozně použitelné i tehdy, když jsou vyrobeny z méně kvalitních surovin, jako je odpadní kuchyňský olej.

Emise: výrazné přínosy přimíchávání bionafty

Právě ve výsledcích emisí prokázala bionafta své největší přednosti.

Při plném zatížení dosáhla B100 největšího snížení u:

• CO: pokles o 42,9%
• nespálené uhlovodíky: pokles o 29,9%
• opacita kouře: pokles o 42,1%

ve srovnání s čistou naftou.
Studie tyto přínosy připisuje vyššímu obsahu kyslíku a nižšímu obsahu uhlíku v bionaftě, které podporují dokonalejší spalování a snižují tvorbu sazí.

Co to znamená pro výrobce bionafty

Méně kvalitní suroviny jsou ekonomicky atraktivní, ale konvenční technologií se zpracovávají obtížněji. Sonikace tuto rovnici mění tím, že překonává bariéru přenosu hmoty mezi olejem a alkoholem a dramaticky urychluje konverzi. Ve studii to znamenalo výtěžek bionafty 96,65%, zkrácení reakční doby z 90 minut na 6 minut a zkrácení doby separace z 12 hodin na 30 minut.
U kontinuálních průmyslových systémů pro výrobu bionafty se to promítá do hlavních výhod ultrazvukového zpracování Hielscher: vyšší zpracovatelské kapacity, kratší doby zdržení, vyšší odolnosti vůči kolísání vlastností suroviny a efektivnější výroby z levných olejů a tuků.

Ultrazvukový reaktor UIP1000hdT pro účinnější konverzi odpadních olejů a tuků na bionaftu.

Sonikátory Hielscher pro výrobu bionafty z WCO

Studie ukazuje, proč jsou sonikátory Hielscher tak účinným nástrojem pro výrobu bionafty z méně kvalitních surovin. Ultrazvuková kavitace intenzifikuje transesterifikaci zlepšením míchání, přenosu tepla, přenosu hmoty a reakční kinetiky, což umožňuje rychle a efektivně přeměnit obtížné suroviny, jako jsou odpadní kuchyňské oleje a další degradované oleje a tuky. Za optimalizovaných podmínek dosáhla studie výtěžku bionafty 96,65% za pouhých 6 minut, přičemž separace glycerolu byla dramaticky rychlejší než při konvenčním zpracování.
Stejně důležité je, že výsledná bionafta byla prakticky použitelná v motoru. Směsi bionafty a nafty vykazovaly výkon blízký konvenční naftě a zároveň výrazně snižovaly CO, nespálené uhlovodíky a kouř. Doporučená směs B40 kombinovala srovnatelný mechanický výkon s nejvyváženějším emisním chováním a bylo možné ji použít bez úprav motoru.
Sonikátory Hielscher výrobu bionafty nejen urychlují – činí levné, nekvalitní suroviny vhodnými pro efektivní kontinuální zpracování a mění odpadní oleje a tuky na praktické palivo připravené pro motory.

Níže uvedená tabulka vám poskytne představu o přibližné zpracovatelské kapacitě ultrazvukových reaktorů Hielscher pro výrobu bionafty:

Ekonomické a environmentální dopady využití ultrazvukových mísičů Hielscher pro výrobu bionafty

Technicko-ekonomický model Gholami et al. (2021) prokázal:

• Celkové investiční náklady nižší přibližně o 21%,
• Náklady na produkt na tunu nižší přibližně o 5%,
• Tvorba odpadu snížená na pětinu oproti mechanickému míchání,
• Vnitřní výnosové procento (IRR) zlepšené na 18,3% s kladnou NPV, zatímco konvenční proces zůstal neekonomický.

Z environmentálního hlediska snížení přebytku methanolu přímo omezuje emise těkavých organických látek a snižuje spotřebu tepelné energie, čímž je ultrazvuková výroba bionafty v souladu s cíli ekologické výroby.

Přehled výhod ultrazvukového reaktoru pro výrobu bionafty

(výsledky srovnávací studie, srov. Gholami et al., 2021)

Konstrukce, výroba a poradenství – kvalita Made in Germany

Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou známé svou nejvyšší kvalitou a konstrukčními standardy. Robustnost a snadná obsluha umožňují bezproblémovou integraci našich ultrazvukových přístrojů do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí zvládají ultrazvukové přístroje Hielscher bez potíží.

Hielscher Ultrasonics je společnost s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrazvukové přístroje se špičkovou technologií a uživatelskou přívětivostí. Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou samozřejmě ve shodě s CE a splňují požadavky UL, CSA a 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.