Zvýšení účinnosti výroby bioenergie pomocí výkonného ultrazvuku

Využití vysoce intenzivního ultrazvuku (sonikace) při výrobě energie z obnovitelných zdrojů představuje významný pokrok v oblasti efektivity procesů. Díky využití akustické kavitace ultrazvuková technologie zlepšuje přenos hmoty, narušuje buněčné struktury a urychluje chemické reakce v rámci různých způsobů výroby biopaliv, včetně bionafty, bioetanolu a bioplynu.
Obnovitelná paliva se těší rostoucí poptávce, protože ceny ropy dosahují nových výšin. Použití ultrazvukové technologie při výrobě zelených paliv, jako je bionafta, bioetanol a bioplyn, zlepšuje technickou a komerční efektivitu.

Bionafta z odpadního rostlinného oleje a živočišného tuku

Biodiesel je obnovitelné palivo, které lze používat v dieselových motorech jako alternativu k motorové naftě vyráběné z ropy. Biodiesel se vyrábí transesterifikací ze surovin, jako jsou rostlinné oleje, živočišné tuky nebo mastnoty. Nejběžnějšími surovinami jsou sójový, řepkový nebo řasový olej. Výroba bionafty zahrnuje katalytickou reakci s alkoholem (metanolem nebo etanolem). Ultrazvukové míchání oleje, tuku nebo maziva s alkoholem výrazně zvyšuje rychlost reakce a výtěžnost. Tím se snižují investiční a provozní náklady.

• Zrychlená transesterifikace: Ultrazvukové ozařování výrazně zkracuje dobu reakce při výrobě bionafty, přičemž ji často zkrátí z několika hodin na méně než pět minut.
• Vylepšené oddělování: Tato technologie zlepšuje oddělování glycerinu od bionafty a zkracuje dobu usazování z několika hodin na méně než 15 minut.
• Vyšší výnosy: Ultrazvuková úprava může přispět k dosažení výtěžnosti bionafty přesahující 99 % tím, že zajistí důkladné promíchání reaktantů.

Klikněte zde a přečtěte si více o ultrazvukových směšovacích reaktorech pro bionaftu!

Bioetanol ze škrobu a cukru

Bioetanol se používá jako ekologická alternativa k benzínu. Vyrábí se fermentací z kukuřice, pšenice, brambor, cukrové třtiny, rýže a dalších obilovin. K fermentaci škrobu a cukrů obsažených v těchto plodinách na ethanol se používají kvasinky. Ultrazvuková dezintegrace buněčných struktur a extrakce intracelulárního materiálu zmenšuje velikost částic a během zkapalňování vystavuje enzymy mnohem větší povrchové ploše. To zlepšuje biologickou dostupnost škrobu a cukru a vede k rychlejšímu a úplnějšímu kvašení, což má za následek vyšší výtěžek etanolu.
Výroba bioetanolu do značné míry závisí na účinném rozkladu lignocelulózové biomasy za účelem uvolnění fermentovatelných cukrů. Ultrazvuk tento proces podporuje několika způsoby:

• Zvýšená hydrolýza: Ultrazvuková předúprava usnadňuje rozpad rostlinných částic a zlepšuje uvolňování glukózy z kukuřičné kaše v závodech na výrobu etanolu s technologií suchého mletí.
• Stimulovaná fermentace: Bylo prokázáno, že ultrazvuk stimuluje produkci etanolu během simultánní sacharifikace a fermentace (SSF) materiálů, jako je například směsný odpadní kancelářský papír.
• Účinnost extrakce: Vysokovýkonný ultrazvuk je účinný při extrakci aktivních složek, jako jsou xylan a heteroxylan, z kukuřičných klasů a slupek, a také při zlepšování extrakce oleje ze sójových bobů, což podporuje rozšiřování výrobních řetězců založených na biologických surovinách.

Klikněte zde a přečtěte si více o Rozpad buněk a Extrakce!

Bioplyn z odpadů a kalů

Jako zdroj bioplynu slouží komunální organický odpad, čistírenské kaly, hnůj a hnůj. Zpracování takového materiálu v aerobních nebo anaerobních fermentorech přeměňuje organický materiál na bioplyn. Ultrazvukový rozpad organického materiálu Před trávením mění strukturu materiálu a uvolňuje a aktivuje enzymy. To zlepšuje trávení organického materiálu, což vede k rychlejšímu zpracování, většímu množství plynu a menšímu množství zbytkového kalu. To zase zvyšuje kapacitu stávajících fermentorů a snižuje náklady na likvidaci.

Při anaerobní digesci se ultrazvuková předúprava používá k rozrušení biomasy (například odpadního aktivního kalu), aby se organická hmota stala pro bakterie lépe přístupnou.

• Zvýšený výtěžek bioplynu: Ukázalo se, že sonikace účinně zvyšuje celkovou produkci bioplynu. Studie uvádějí nárůst produkce bioplynu v rozmezí 26 % až 36 % ve srovnání s neupraveným kalem.
• Vylepšené odstraňování pevných látek: Ultrazvuková úprava zvyšuje účinnost odstraňování těkavých pevných látek (VS). Například míra odstraňování VS se může zvýšit z 30 % na 35 % nebo dokonce ještě více (až na 39 %), v závislosti na organickém zatížení a dodané energii.
• Integrace odpadních vod: Biologické kaly z čistíren městských a průmyslových odpadních vod, stejně jako kaly pocházející přímo z bioplynových stanic, lze účinně zpracovávat pomocí ultrazvukových reaktorů, čímž se optimalizuje proces stabilizace a zpětného získávání energie.

Klikněte zde a přečtěte si více o Ultrazvukový rozpad kalu!

Ultrazvuková dezintegrace zvířecího hnoje před anaerobní fermentací zlepšuje výtěžnost bioplynu.

Ultrazvuková energetická bilance

Výše uvedené procesy nevyžadují velké množství ultrazvukové energie. Obecně platí, že přebytečná energie vzniklá při sonikaci kompenzuje energii spotřebovanou na generování ultrazvuku. Ultrazvuková zařízení společnosti Hielscher mají celkovou účinnost více než 85 %. To znamená, že více než 85 % elektrické energie je přeměněno a dodáno do kapaliny ve formě mechanické energie. Skutečnou energetickou náročnost procesu lze určit v malém měřítku pomocí stolního ultrazvukového procesoru o výkonu 1 kW. Všechny výsledky z těchto laboratorních zkoušek lze snadno škálovat na větší měřítko. Společnost Hielscher dodává průmyslová zařízení pro ultrazvukové zpracování po celém světě. Díky průmyslovým ultrazvukovým homogenizátorům s výkonem až 16 kW na jeden sonikátor neexistují žádná omezení co do velikosti zařízení ani zpracovatelské kapacity.