Umwandlung von Altspeiseöl in zuverlässigen Biodiesel für Dieselmotoren

Altspeiseöl ist einer der attraktivsten Biodiesel-Rohstoffe, die heute verfügbar sind. Es ist kostengünstig, weithin verfügbar und hilft, ein Entsorgungsproblem zu lösen. Aber es stellt auch eine bekannte Herausforderung bei der Verarbeitung dar: Schlechte Rohstoffe wie pflanzliche Altöle, Altspeiseöle, Frittierfette, tierische Fette, Talg oder Fischöle sind schwieriger effizient zu verarbeiten als raffinierte Frischöle.

Eine kürzlich durchgeführte Studie über die ultraschallgestützte Umesterung zeigt, wie dieses Problem durch Ultraschallmischung überwunden werden kann. Die Forscher optimierten die Biodieselproduktion aus Altspeiseöl (WCO) und testeten dann den resultierenden Biodiesel und Biodiesel-Diesel-Mischungen in einem Dieselmotor. Ihre Ergebnisse stützen zwei wichtige Schlussfolgerungen: Erstens ermöglicht die Beschallung eine schnelle und ertragreiche Umwandlung selbst bei schwierigen Rohstoffen; zweitens können die resultierenden Biodiesel-Diesel-Mischungen ohne Modifikation in Dieselmotoren verwendet werden, mit einer Leistung nahe der von Diesel und verbesserten Emissionen.

Sind Sie bereit, kostengünstige Altöle in hochwertigen Biodiesel zu verwandeln?

Hielscher-Ultraschall-Biodieselreaktoren helfen Herstellern, schwierige Rohstoffe wie Altspeiseöl, Frittierfett, Talg und Fischöl mit schnelleren Reaktionsraten, kürzeren Verweilzeiten und verbesserter Prozesseffizienz zu verarbeiten. Setzen Sie sich jetzt mit uns in Verbindung, um Ihr Rohmaterial, Ihre Zielkapazität und die Reaktoreinrichtung für die kontinuierliche Ultraschall-Biodieselproduktion zu besprechen.

Warum schlechte Rohstoffe die Biodieselproduktion erschweren

Kostengünstige Biodiesel-Rohstoffe sind attraktiv, da die Rohstoffkosten die Wirtschaftlichkeit der Produktion bestimmen. Eine 2025 veröffentlichte Studie von Belal und Kollegen zeigt, dass Altspeiseöle und -fette durch Ultraschallmischung effizient in Biodiesel umgewandelt werden können. Anschließend wurde der mit Ultraschall hergestellte Biodiesel erfolgreich in Dieselmotoren eingesetzt.
Durch die Verwendung von Altölen wird zwar das mit Speiseölen verbundene Problem "Lebensmittel gegen Kraftstoff" vermieden, aber die Herausforderung besteht darin, dass schlechte Ausgangsstoffe variabler und schwieriger zu verarbeiten sind. Bei der herkömmlichen Umesterung sind die Alkohol- und die Ölphase nicht mischbar, so dass die Reaktionseffizienz stark davon abhängt, wie gut das System die Beschränkungen des Massentransfers überwinden kann. Bei abgebauten oder minderwertigen Ölen und Fetten sind diese Einschränkungen noch gravierender und führen häufig zu einer langsameren Umwandlung, längeren Verweilzeiten, einer schwierigeren Phasentrennung und einer weniger effizienten Gesamtverarbeitung. An dieser Stelle erweist sich das Ultraschallmischen als echter Wendepunkt.

Warum die Sonikation die Verwendung von schlechten Rohstoffen ermöglicht

Durch die Beschallung können schlechte Ausgangsstoffe wie pflanzliche Altöle, Altspeiseöle, Frittierfette, Rindertalg oder Fischöle effektiver verarbeitet werden, da die Ultraschallkavitation einen viel besseren Kontakt zwischen den nicht mischbaren Öl- und Alkoholphasen erzwingt und so die Durchmischung sowie den Wärme- und Stofftransport erheblich verbessert. Darüber hinaus hat die Ultraschallvermischung sowohl physikalische als auch chemische Auswirkungen: Die Ultraschallkavitation intensiviert die Reaktionsumgebung und kann hochreaktive Radikale fördern, die die Reaktionskinetik weiter beschleunigen und eine schnellere und vollständigere Umesterung unterstützen.
Genau das ist der Grund, warum die Beschallung bei minderwertigen Rohstoffen so wertvoll ist. Sie kompensiert die Einschränkungen, die diese Rohstoffe in konventionellen Systemen normalerweise erschweren.

Was die Studie mit der Sonikation erreicht hat

Anstatt sich auf den kleinen Laboraufbau zu konzentrieren, ist das wichtigste Ergebnis für industrielle Biodieselproduzenten die durch Beschallung erzielte Prozessintensivierung. Unter optimierten Ultraschallbedingungen erreichte die Studie von Belal et al. (2025) eine Biodieselausbeute von 96,65 %. Im Vergleich zu den Autoren‘ Die ultraschallunterstützte Umesterung verkürzte die Reaktionszeit von 90 Minuten auf 6 Minuten und die Zeit für die Trennung von Biodiesel und Glycerin von 720 Minuten auf 30 Minuten.
Diese Ergebnisse sind für die industrielle Biodieselproduktion von großer Bedeutung, da sie zeigen, dass die Beschallung nicht nur die Durchmischung leicht verbessert – es beschleunigt die Umwandlung und die nachgeschaltete Trennung grundlegend.
 

Bei der Ultraschallmethode werden innerhalb der ersten 1,5 Minuten etwa 75 % umgesetzt, und nach 6 Minuten liegt der Wert bei etwa 90 %.
Die konventionelle Methode zeigt eine viel langsamere Umwandlungsrate, die nach 8 Minuten nur etwa 40 % erreicht.
Studie und Grafik: ©Fayyyazi et al. 2014

Wie sich dies auf die kontinuierliche Durchflussverarbeitung von Hielscher Biodiesel überträgt

Für die industrielle Umsetzung lassen sich diese Erkenntnisse direkt in die Vorteile der kontinuierlichen Durchfluss-Ultraschall-Biodieselverarbeitung mit Hielscher Industrie-Sonicatoren und -Reaktoren umsetzen. Der gleiche Kavitationsmechanismus, der in der Studie – verstärkte Durchmischung, verbesserter Grenzflächenkontakt, schnellere Wärme- und Stoffübertragung und beschleunigte Reaktionskinetik – ist genau das, was die Leistung von Inline-Ultraschallreaktoren ausmacht.
Im kontinuierlichen Betrieb werden Öl, Alkohol und Katalysator durch die Ultraschallreaktorzone gepumpt, wo die Phasen durch hochintensive Kavitation kontinuierlich dispergiert und zur Reaktion gebracht werden. Dies ermöglicht kürzere Verweilzeiten, eine schnellere Umwandlung, einen robusteren Umgang mit variablen, kostengünstigen Rohstoffen und eine schnellere nachgeschaltete Trennung. Für industrielle Hersteller, die mit WCO, gebrauchten Frittierfetten, Talg oder Fischöl arbeiten, liegt der Kerngedanke auf der Hand: Die Beschallung macht schwierige Einsatzstoffe kommerziell attraktiver, da sie eine bessere Umwandlung in kürzerer Zeit ermöglicht.

Sonikation verbessert die Kraftstoffqualität

Ein kritischer Punkt ist, dass rohe Altöle als Motorkraftstoff nicht geeignet sind. Die thermogravimetrische Analyse der Studie verglich Diesel, rohes WCO, konventionell hergestellten Biodiesel und mit Ultraschallmischung hergestellten Biodiesel. Die Autoren stellten fest, dass rohes WCO das schlechteste Verdampfungsverhalten aufwies, während mit Ultraschall hergestellter Biodiesel im Vergleich zu rohem WCO und sogar im Vergleich zu durch herkömmliche Umesterung hergestelltem Biodiesel ein besseres Verdampfungsverhalten zeigte.
Dies ist wichtig, da schlechte Verdampfung und schlechte Zerstäubung zu den Hauptgründen gehören, warum unbehandelte Altöle zu Verschmutzung der Einspritzdüsen, unvollständiger Verbrennung und Ablagerungen führen können. Die Studie stellt fest, dass rohes WCO unlösliche Oligomere enthält, die den Motor durch Verstopfen des Einspritzsystems schädigen können, während eine ordnungsgemäße Umesterung das Kraftstoffverhalten erheblich verbessert.

Können Biodiesel-Diesel-Gemische problemlos in Dieselmotoren verwendet werden?

Die Studie von Belal et al. (2025) zeigt, dass mit Ultraschall hergestellter Biodiesel ohne Probleme in Standard-Dieselmotoren verwendet werden kann. Die Forscher testeten die Mischungen B10, B20, B30, B40 und B100 in einem Dieselmotor bei konstanter Drehzahl und unterschiedlicher Belastung. Sie kamen zu dem Schluss, dass Diesel durch WCO-Biodiesel oder Biodiesel-Diesel-Gemische ohne Motormodifikation ersetzt werden kann und dass B40 die empfohlene Mischung ist, da sie eine vergleichbare Motorleistung mit deutlich verbesserten Emissionen verbindet.
Auch wenn nicht alle Parameter mit denen von fossilem Diesel identisch sind, können die Mischungen im normalen Dieselmotorbetrieb voll genutzt werden, wobei die Leistungsunterschiede gering und die Emissionsvorteile erheblich sind.
 

Verschiedene Biodiesel/Diesel-Mischungen bei 10-100% Motorlast. – Links: Veränderung der BSFC / Rechts: Veränderung der BTE mit verschiedenen Biodiesel/Diesel-Mischungen bei 10-100% Motorlast
Studie und Diagramme: ©Belal et al., 2025

Motorleistung: Nahe am Diesel, mit kleinen Abstrichen

Die Studie ergab, dass Biodieselmischungen eine ähnliche Motorleistung wie Diesel erbringen, mit einem leichten Anstieg des bremsspezifischen Kraftstoffverbrauchs und einem geringfügigen Rückgang des thermischen Wirkungsgrads.
Diese Veränderungen sind zu erwarten. Die gemessenen Eigenschaften zeigten, dass WCO-Biodiesel eine höhere Dichte und Viskosität und einen niedrigeren Heizwert als Diesel hat, obwohl die Cetanzahl in dieser Studie gleich war. Das bedeutet, dass möglicherweise etwas mehr Kraftstoff benötigt wird, um die gleiche Leistung zu erzielen, der Motor aber dennoch normal mit den Mischungen arbeitet.
Aus praktischer Sicht unterstützt dies das Argument, dass Biodieselmischungen in Dieselmotoren betriebsfähig sind, selbst wenn sie aus schlechten Rohstoffen wie Altspeiseöl hergestellt werden.

Emissionen: Starke Vorteile durch Biodieselbeimischung

Bei den Emissionsergebnissen zeigte Biodiesel seine größten Vorteile.

Bei voller Auslastung führte B100 zu den größten Reduzierungen der Emissionen:

• CO: Rückgang um 42,9%
• Unverbrannte Kohlenwasserstoffe: minus 29,9%
• Rauchtrübung: minus 42,1%

im Vergleich zu reinem Diesel.
Die Studie führt diese Vorteile auf den höheren Sauerstoffgehalt und den geringeren Kohlenstoffgehalt von Biodiesel zurück, die eine vollständigere Verbrennung fördern und die Rußbildung verringern.

Was dies für Biodieselproduzenten bedeutet

Schlechte Ausgangsstoffe sind zwar wirtschaftlich attraktiv, lassen sich aber mit herkömmlicher Technik schwerer verarbeiten. Die Sonikation ändert diese Gleichung, indem sie die Barriere für den Stoffaustausch zwischen Öl und Alkohol überwindet und die Umwandlung drastisch beschleunigt. In der Studie bedeutete dies eine Biodieselausbeute von 96,65 %, eine Verkürzung der Reaktionszeit von 90 Minuten auf 6 Minuten und eine Verkürzung der Trennungszeit von 12 Stunden auf 30 Minuten.
Für kontinuierliche industrielle Biodieselanlagen bedeutet dies die Kernvorteile des Hielscher Ultraschallverfahrens: höherer Durchsatz, kürzere Verweilzeit, verbesserte Robustheit gegenüber schwankenden Rohstoffen und effizientere Produktion aus kostengünstigen Ölen und Fetten.
 

UIP1000hdT-Ultraschallreaktor für eine verbesserte Biodieselumwandlung von Altölen und -fetten.

Hielscher Sonicators für Biodiesel von WCO

Die Studie zeigt, warum Hielscher-Sonicatoren ein so leistungsfähiges Werkzeug für die Biodieselproduktion aus schlechten Rohstoffen sind. Die Ultraschallkavitation intensiviert die Umesterung, indem sie die Durchmischung, den Wärmeübergang, den Stoffaustausch und die Reaktionskinetik verbessert, so dass schwierige Rohstoffe wie Altspeiseöle und andere abgebaute Öle und Fette schnell und effizient umgewandelt werden können. Unter optimierten Bedingungen wurde in der Studie eine Biodieselausbeute von 96,65 % in nur 6 Minuten erzielt, wobei die Glycerinabtrennung wesentlich schneller erfolgte als bei der herkömmlichen Verarbeitung.
Ebenso wichtig ist, dass der resultierende Biodiesel für den Einsatz in Motoren geeignet ist. Biodiesel-Diesel-Gemische wiesen eine ähnliche Leistung wie herkömmlicher Diesel auf, während CO, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Rauch deutlich reduziert wurden. Die empfohlene B40-Mischung kombinierte eine vergleichbare mechanische Leistung mit dem ausgewogensten Emissionsverhalten und konnte ohne Motormodifikation verwendet werden.
Hielscher-Sonicatoren beschleunigen nicht nur die Biodieselproduktion – Sie macht kostengünstige, minderwertige Rohstoffe für eine effiziente kontinuierliche Verarbeitung nutzbar und verwandelt Altöle und -fette in einen praktischen, motorfähigen Kraftstoff.

Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Hinweis auf die ungefähre Verarbeitungskapazität der Hielscher Ultraschall-Biodiesel-Reaktoren:

Wirtschaftliche und ökologische Auswirkungen des Einsatzes von Hielscher-Ultraschall-Biodieselmischern

Das technisch-ökonomische Modell von Gholami et al. (2021) zeigt:

• Reduzierung der Gesamtinvestitionskosten um ca. 21%,
• Reduzierung der Produktkosten pro Tonne um ca. 5%,
• Das Abfallaufkommen wird auf ein Fünftel der Menge reduziert, die beim mechanischen Rühren anfällt,
• Der interne Zinsfuß (IRR) verbesserte sich auf 18,3 % mit einem positiven Kapitalwert, während das herkömmliche Verfahren unwirtschaftlich blieb.

Aus ökologischer Sicht werden durch die Verringerung des Methanolüberschusses die Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen direkt gemindert und der thermische Energieverbrauch gesenkt, wodurch die Biodieselproduktion mit Ultraschall mit den Zielen einer umweltfreundlichen Produktion in Einklang gebracht wird.

Überblick über die Vorteile des Ultraschall-Biodiesel-Reaktors

(Ergebnisse der vergleichenden Studie, vgl. Gholami et al., 2021)

Design, Herstellung und Beratung – Qualität Made in Germany

Hielscher Ultraschallgeräte sind bekannt für höchste Qualität und Designstandards. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die problemlose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen sind für Hielscher Ultraschallgeräte kein Problem.

Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt großen Wert darauf, Hochleistungs-Ultraschallgeräte zu entwickeln und zu produzieren, die sich durch modernste Technik und Benutzerfreundlichkeit auszeichnen. Selbstverständlich sind Hielscher Sonicators CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.

Literatur / Literaturhinweise