Hielscher – Ultraschall-Technologie

Biodiesel aus Algen mittels Ultraschall

Algenöl ist ein zukunftsfähiger Rohstoff für die Biodieselproduktion. Er kann durchaus als eine Alternative zu den häufig verwendeten Rohstoffen, zu denen z. B. Soja, Raps und Palmöl gehören, angesehen werden. Ultraschall erhöht die Ölextraktion aus den Algenzellen und beschleunigt die Umwandlung in Biodiesel.

Starke Synergieeffekte können beim Einsatz der  enzymatischen Aufbereitung  in Kombination mit Ultraschall beobachtet werden.Im Vergleich mit traditionellen Ölsaaten sind Algenfelder pro Hektar wesentlich ertragreicher. Besonders Kieselalgen und Grünalgen haben sich als ertragreiche Rohstoffe für die Biodieselherstellung erwiesen.

Wie andere Pflanzen speichern auch Algen Energie in Form von Lipiden. Es gibt verschiedene Varianten, das Öl zu extrahieren, so z. B. das Pressen, das Waschen mit Hexan und auch die Extraktion mit Ultraschall.

Die Extraktion mit Ultraschall

Die intensive Beschallung von Flüssigkeiten erzeugt Schallwellen, die sich in der Flüssigkeit durch abwechselnde Hochdruck- und Niederdruckphasen fortpflanzen. Während der Niederdruckphase entstehen in der Flüssigkeit kleine, energiereiche Vakuumblasen. Sobald die Blasen eine gewisse Größe erreichen, implodieren sie während einer Hochdruckphase und setzen dabei hochenergetische Kräfte frei. Dies wird Kavitation genannt. Bei der Implosion entstehen lokal sehr hohe Drücke und extrem schnelle Flüssigkeitsstrahlen. Die entstehenden Scherkräfte brechen die Zellstrukturen mechanisch auf und erhöhen den Materialaustausch. Dieser Effekt unterstützt die Extraktion der Algenlipide.

Die Tabelle auf der rechten Seite zeigt den typischen Leistungsbedarf für verschiedene Durchflussraten. Das Ultraschallsystem wird normalerweise in ein Durchflusssystem integriert. Bereits bestehende Anlagen können problemlos mit einem Ultraschallreaktor nachgerüstet werden, um die Algenextraktion zu verbessern.

Durchfluss-

geschwindigkeit

Leistung
20100L/h
1kW
80400L/h
4x1kW
0.31.5m³/h
4x4kW
210m³/h
6x16kW
20100m³/h
62x16kW

Ultraschallvorbereitung für die Kaltpressung

Beim Pressen der Algen ist eine genaue Kontrolle des Zellaufschlusses erforderlich, um die ungehinderte Abgabe aller interzellulären Produkte, einschließlich der Zellreste, oder eine Denaturierung zu verhindern. Beim Aufbrechen der Zellstrukturen können die sich in der Zelle befindlichen Lipide durch Druck von außen effektiver freigesetzt werden.

Die Auswaschung mit Ultraschall

Die Hochdruckphasen der Ultraschallwellen unterstützen die Verteilung der Lösungsmittel, z. B. Hexan, in der Zellstruktur. Wenn die Kavitationskräfte des Ultraschalls die Zellwand mechanisch durchbrechen, vereinfacht dies den Austausch der Lipide von der Zelle in das Lösungsmittel. Nachdem sich das Öl im Cyclohexan aufgelöst hat, werden die Zellreste herausgefiltert. Die verbleibende Lösung wird anschließend destilliert, um das Öl vom Hexan zu trennen.

Die enzymatische Extraktion mit Ultraschall

Starke Synergieeffekte können beim Einsatz der enzymatischen Aufbereitung in Kombination mit Ultraschall beobachtet werden. Die Kavitation unterstützt das Eindringen der Enzyme in das Zellgewebe. Dadurch lassen sich eine schnellere Extraktion und ein höherer Ertrag erzielen. Dabei übernimmt Wasser die Funktion des Lösemittels, während die Enzyme die Zellwände abbauen.

Biodiesel aus Algenöl

Ultraschall erhöht das Durchmischen der einzelnen Stoffe und steigert die chemische Reaktivität der Reaktanten. Dadurch kann die benötigte Zeit für den chemischen Umwandlungsprozess um bis zu 90% gesenkt werden. Es entsteht eine völlig neue Perspektive für die Herstellung von Biodiesel.Die Anwendung von Ultraschall bei der Herstellung von Biodiesel aus Algen beschränkt sich nicht auf die Ölextraktion aus den Algen. Biodiesel aus Algenöl entsteht durch einen chemischen Wandlungsprozess, genannt Umesterung. Auch wenn Wärme, mechanische Mischer und katalytisch wirkende Chemikalien eingesetzt werden, dauert dieser Prozess der Umesterung ungefähr 4 bis 6 Stunden. Ultraschall erhöht das Durchmischen der einzelnen Stoffe und steigert die chemische Reaktivität der Reaktanten. Dadurch kann die benötigte Zeit für den chemischen Umwandlungsprozess um bis zu 90% gesenkt werden. Es entsteht eine völlig neue Perspektive für die Herstellung von Biodiesel.

Anstatt die Reaktanten von Behälter zu Behälter zu pumpen, werden diese kontinuierlich durchmischt und anschließend durch eine Reaktorsäule gepumpt. Ungefähr eine Stunde ist ausreichend für eine komplette Umwandlung. Eine Zentrifuge trennt das Glyzerin vom Biodiesel. Nach dem Waschen und Trocknen des Biodiesels ist dieser gebrauchsfertig. Weitere Vorteile ergeben sich aus der vollständigen Umesterung der Tri-Glycerin-Moleküle mit der Konsequenz, dass mehr Öl in Biodiesel umgewandelt wird. Ebenso wird weniger Alkohol und Katalysator benötigt – wodurch die Produktionskosten gesenkt und der umweltschonende Effekt gesteigert werden können. Klicken Sie hier, um mehr über die Beschallung mit Ultraschall in der Biodieselherstellung zu erfahren!

Vom Pilotprojekt zur Produktion

Wir empfehlen anfänglich Testprojekte in entsprechend kleineren Maßen, so z.B. mit dem 1kW-System. Dabei werden die allgemeinen Prozess- und Anwendungseffekte ebenso wie die  Leistungssteigerung bezüglich Ihres individuellen Prozessablaufes erkennbar. Für anfängliche Pilotprojekte und Testverfahren empfehlen wir Ihnen den Einsatz eines kleineren Gerätes, wie z. B. eines 1kW-Systems. Dies zeigt Ihnen die generelle Funktionsweise ebenso wie die Leistungssteigerung für Ihren individuellen Prozess. All diese Versuchsverfahren können anschließend problemlos parallel zum Testverfahren vergrößert werden. Gerne besprechen wir mit Ihnen Ihr Anliegen und beraten Sie während der weiteren Schritte.

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