Øget effektivitet i bioenergiproduktionen med højintensiv ultralyd

Anvendelsen af højintensiv ultralyd (sonikering) til produktion af vedvarende energi udgør et betydeligt fremskridt i proceseffektiviteten. Ved at udnytte akustisk kavitation forbedrer ultralydsteknologien masseoverførslen, bryder cellestrukturer op og accelererer kemiske reaktioner i forskellige produktionsprocesser for biobrændstoffer, herunder biodiesel, bioethanol og biogas.
Efterspørgslen efter vedvarende brændstoffer stiger, efterhånden som oliepriserne når nye højder. Anvendelsen af ultralydsteknologi til produktion af grønne brændstoffer som biodiesel, bioethanol og biogas forbedrer den tekniske og kommercielle effektivitet.

Biodiesel fra brugt vegetabilsk olie og animalsk fedt

Biodiesel er et vedvarende brændstof, der kan anvendes i dieselmotorer som et alternativ til dieselbrændstof fremstillet af råolie. Biodiesel fremstilles ved transesterificering af råvarer som vegetabilske olier, animalske fedtstoffer eller fedt. De mest almindelige råvarer er sojaolie, rapsolie eller algeolie. Fremstillingen af biodiesel omfatter den katalytiske reaktion med alkohol (methanol eller ethanol). Blanding af olien eller fedtet med alkoholen ved hjælp af ultralyd forbedrer reaktionshastigheden og udbyttet betydeligt. Dette reducerer investerings- og driftsomkostningerne.

• Accelereret transesterificering: Ultralydsbestråling reducerer reaktionstiden for biodieselproduktion betydeligt og bringer den ofte ned fra timer til mindre end fem minutter.
• Forbedret separation: Teknologien forbedrer separationen af glycerin fra biodiesel og reducerer bundfældningstiden fra flere timer til under 15 minutter.
• Højere udbytter: Ultralydsbehandling kan fremme biodieseludbytter på over 99% ved at sikre grundig blanding af reaktanterne.

Klik her for at læse mere om ultralydsblandereaktorer til biodiesel!

Bioethanol fra stivelse og sukker

Bioethanol anvendes som et grønt alternativ til benzin. Det fremstilles af majs, hvede, kartofler, sukkerrør, ris og andre kornsorter ved fermentering. Gær anvendes til at fermentere stivelsen og sukkerarterne i disse afgrøder til ethanol. Disintegration af cellestrukturer og ekstraktion af intracellulært materiale ved hjælp af ultralyd reducerer partikelstørrelsen og gør et langt større overfladeareal tilgængeligt for enzymer under flydendegørelsen. Dette forbedrer biotilgængeligheden af stivelse og sukker og resulterer i hurtigere og mere fuldstændig fermentering, hvilket giver mere ethanol.
Bioethanolproduktion er i høj grad afhængig af effektiv nedbrydning af lignocelluloseholdig biomasse for at frigive fermenterbare sukkerarter. Ultralyd understøtter denne proces på flere måder:

• Forbedret hydrolyse: Forbehandling med ultralyd letter disintegrationen af plantepartikler og forbedrer frigivelsen af glukose fra majssuspension i ethanolanlæg med tørformaling.
• Stimuleret fermentering: Ultralyd har vist sig at stimulere ethanolproduktionen under samtidig forsukring og fermentering (SSF) af materialer såsom blandet kasseret kontorpapir.
• Ekstraktionseffektivitet: Højintensiv ultralyd er effektiv til at ekstrahere aktive komponenter som xylan og heteroxylan fra majskolber og skaller samt til at forbedre olieekstraktionen fra sojabønner, hvilket understøtter bredere biobaserede produktionskæder.

Klik her for at læse mere om celledisintegration og ekstraktion!

Biogas fra affald og slam

Kommunalt organisk affald, spildevandsslam, møg og husdyrgødning fungerer som kilder til biogas. Behandlingen af sådant materiale i aerobe eller anaerobe rådnetanke omdanner det organiske materiale til biogas. Ultralydsbaseret disintegration af det organiske materiale før udrådning ændrer materialets struktur samt frigiver og aktiverer enzymer. Dette forbedrer udrådningen af det organiske materiale og fører til hurtigere behandling, mere gas og mindre restslam. Dette øger igen kapaciteten i eksisterende rådnetanke og reducerer bortskaffelsesomkostningerne.

Ved anaerob udrådning anvendes forbehandling med ultralyd til at disintegrere biomasse (såsom overskudsslam fra aktivslambehandling) for at gøre organisk materiale mere tilgængeligt for bakterier.

• Øget biogasudbytte: Sonikering har vist sig at være effektiv til at øge den kumulative biogasproduktion. Studier har rapporteret stigninger i biogasproduktionen på mellem 26% og 36% sammenlignet med ubehandlet slam.
• Forbedret reduktion af tørstof: Ultralydsbehandling forbedrer nedbrydningen af flygtigt tørstof (VS). For eksempel kan nedbrydningen af VS stige fra 30% til 35% eller endnu højere (op til 39%) afhængigt af den organiske belastning og energitilførslen.
• Integration i spildevandsbehandling: Biosolider fra kommunale og industrielle spildevandsrensningsanlæg samt fra selve biogasanlæggene kan behandles effektivt ved hjælp af ultralydsreaktorer for at optimere stabiliserings- og energigenvindingsprocessen.

Klik her for at læse mere om slamdisintegration med ultralyd!

Disintegration af husdyrgødning med ultralyd før anaerob udrådning forbedrer biogasudbyttet.

Energibalance for ultralyd

De ovennævnte processer kræver ikke meget ultralydsenergi. Generelt opvejer den overskydende energi som følge af sonikering den energi, der bruges til at generere ultralyden. Ultralydsapparater fra Hielscher har en samlet virkningsgrad på mere end 85%. Det betyder, at mere end 85% af den elektriske energi omdannes og overføres til væsken som mekanisk energi. En proces’ faktiske energibehov kan bestemmes i lille skala ved hjælp af en ultralydsprocessor på 1kW i bordskala. Alle resultater fra sådanne forsøg i bordskala kan nemt opskaleres. Hielscher leverer industrielt udstyr til ultralydsbehandling over hele verden. Med industrielle ultralydshomogenisatorer med en effekt på op til 16kW pr. sonikeringsapparat er der ingen grænse for anlægsstørrelse eller behandlingskapacitet.