Forbedring af effektiviteten i bioenergiproduktionen ved hjælp af kraftig ultralyd

Anvendelsen af højintensitetsultralyd (sonikering) i produktionen af vedvarende energi udgør et betydeligt fremskridt med hensyn til proceseffektiviteten. Ved at udnytte akustisk kavitation forbedrer ultralydsteknologien masseoverførslen, nedbryder cellestrukturer og fremskynder kemiske reaktioner i forskellige produktionsprocesser for biobrændstoffer, herunder biodiesel, bioethanol og biogas.
Vedvarende brændstoffer nyder stigende efterspørgsel, da oliepriserne markerer nye højder. Anvendelsen af ultralydsteknologi til produktion af grønne brændstoffer, som biodiesel, bioethanol og biogas, forbedrer den tekniske og kommercielle effektivitet.

Biodiesel fremstillet af 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 ud fra råvarer som f.eks. vegetabilske olier, animalske fedtstoffer eller fedt. De mest almindelige råvarer er soja-, raps- eller algeolie. Fremstillingen af biodiesel involverer en katalytisk reaktion med alkohol (methanol eller ethanol). Ultralydsblanding af olien, fedtet eller smøremidlet med alkoholen forbedrer reaktionshastigheden og udbyttet betydeligt. Dette reducerer investerings- og driftsomkostningerne.

• Accelereret transesterificering: Ultralydsbestråling reducerer reaktionstiden ved produktion af biodiesel betydeligt, hvilket ofte bringer den ned fra timer til under fem minutter.
• Forbedret adskillelse: Teknologien forbedrer adskillelsen af glycerin fra biodiesel, hvilket reducerer bundfældningstiden fra flere timer til under 15 minutter.
• Højere udbytter: Ultralydsbehandling kan bidrage til et biodieseludbytte på over 99 % ved at sikre en grundig blanding af reaktanterne.

Klik her for at læse mere om ultralydsblandingsreaktorer til biodiesel!

Bioethanol fra stivelse og sukker

Bioethanol anvendes som et miljøvenligt alternativ til benzin. Det fremstilles ved gæring af majs, hvede, kartofler, sukkerrør, ris og andre kornarter. Gær anvendes til at fermentere stivelsen og sukkeret i disse afgrøder til ethanol. Ultralydsnedbrydning af cellestrukturer og ekstraktion af intracellulært materiale reducerer partikelstørrelsen og udsætter et langt større overfladeareal for enzymerne under flydendegørelsen. Dette forbedrer biotilgængeligheden af stivelse og sukker og resulterer i en hurtigere og mere fuldstændig fermentering, hvilket fører til et større udbytte af ethanol.
Produktionen af bioethanol er i høj grad afhængig af en effektiv nedbrydning af lignocelluloseholdig biomasse for at frigøre fermenterbare sukkerarter. Ultralyd understøtter denne proces på flere måder:

• Forbedret hydrolyse: Ultralydsforbehandling fremmer nedbrydningen af plantepartikler og forbedrer frigivelsen af glukose fra majsslam i etanolanlæg med tørformaling.
• Stimuleret gæring: Det er påvist, at ultralyd stimulerer ethanolproduktionen under samtidig saccharificering og gæring (SSF) af materialer såsom blandet kontorpapiraffald.
• Udvindingsgrad: Højintensitetsultralyd er effektivt til udvinding af aktive komponenter som xylan og heteroxylan fra majskolber og -skaller samt til at forbedre olieudvindingen fra sojabønner, hvilket understøtter bredere biobaserede produktionskæder.

Klik her for at læse mere om celle opløsning og Ekstraktion!

Biogas fra affald og slam

Kommunalt organisk affald, spildevandsslam, møg og gødning fungerer som en kilde til biogas. Forarbejdningen af sådant materiale i aerobe eller anaerobe rådnetanke omdanner det organiske materiale til biogas. Ultralyd opløsning af det organiske materiale Før fordøjelsen ændrer materialestrukturen og frigiver og aktiverer enzymer. Dette forbedrer fordøjelsen af det organiske materiale, hvilket fører til hurtigere forarbejdning, mere gas og mindre restslam. Dette øger igen kapaciteten af eksisterende rådnetanke og reducerer bortskaffelsesomkostningerne.

Ved anaerob nedbrydning anvendes ultralydsforbehandling til at nedbryde biomasse (f.eks. aktivt slam) for at gøre det organiske stof mere tilgængeligt for bakterierne.

• Øget biogasudbytte: Ultralydsbehandling har vist sig at være effektiv til at øge den samlede biogasproduktion. Undersøgelser har påvist en stigning i biogasproduktionen på mellem 26 % og 36 % sammenlignet med ubehandlet slam.
• Forbedret reduktion af faste stoffer: Ultralydsbehandling fremmer nedbrydningen af flygtige faste stoffer (VS). Nedbrydningen af VS kan f.eks. stige fra 30 % til 35 % eller endnu højere (op til 39 %), afhængigt af den organiske belastning og energitilførslen.
• Integration af spildevandsbehandling: Biosolider fra rensningsanlæg til by- og industriaffaldsvand samt fra selve biogasanlæggene kan behandles effektivt ved hjælp af ultralydsreaktorer for at optimere stabiliserings- og energigenvindingsprocessen.

Klik her for at læse mere om Opløsning af ultralydsslam!

Ultralydsdesintegration af husdyrgødning før anaerob udrådning forbedrer biogasudbyttet.

Ultralyd energibalance

De ovennævnte processer kræver ikke særlig meget ultralydsenergi. Generelt opvejer den overskydende energi, der opstår som følge af sonikeringen, den energi, der bruges til at generere ultralydet. Hielschers ultralydsenheder har en samlet virkningsgrad på over 85 %. Det betyder, at mere end 85 % af den elektriske energi omdannes og overføres til væsken i form af mekanisk energi. Det faktiske energibehov for en proces kan bestemmes i lille skala ved hjælp af en 1 kW ultralydsprocessor i bordmodel. Alle resultater fra sådanne bordforsøg kan let skaleres op. Hielscher leverer industrielt ultralydsbehandlingsudstyr over hele verden. Med industrielle ultralydshomogenisatorer med en effekt på op til 16 kW pr. enkelt sonikator er der ingen begrænsninger med hensyn til anlægsstørrelse eller behandlingskapacitet.