Kasutatud toiduõli muutmine töökindlaks biodiislikütuseks diiselmootoritele

Kasutatud toiduõli on üks atraktiivsemaid tänapäeval saadaolevaid biodiisli toorainet. See on odav, laialdaselt kättesaadav ja aitab lahendada jäätmekäitluse probleemi. Samas kaasneb sellega ka tuntud töötlemisprobleem: kehvakvaliteedilisi tooraineid, näiteks jäätmeks muutunud taimeõlisid, kasutatud toiduõlisid, friteerimisrasvu, loomseid rasvu, searasva (tallow) või kalaõlisid on keerulisem tõhusalt muundada kui rafineeritud neitsiõlisid.

Hiljutine ultraheli abil toimuva transesterdamise uuring näitab, kuidas see probleem on ultrahelisegamisega ületatav. Teadlased optimeerisid biodiisli tootmist kasutatud toiduõlist (WCO) ning katsetasid seejärel saadud biodiislit ja biodiisli-diislikütuse segusid diiselmootoris. Nende tulemused toetavad kahte olulist järeldust: esiteks võimaldab ultraheli töötlus (sonikeerimine) kiiret ja suure saagisega muundamist isegi keerukate toorainete puhul; teiseks on saadud biodiisli-diislikütuse segusid võimalik kasutada diiselmootorites ilma muudatusteta, saavutades diislikütusele lähedase jõudluse ja paremad heitmed.

Valmis muutma odavaid jääkõlisid kõrge väärtusega biodiislikütuseks?

Hielscheri ultraheli biodiisli reaktorid aitavad tootjatel muundada keerukaid tooraineid, näiteks kasutatud toiduõli, friteerimisrasvu, searasva (tallow) ja kalaõli, kiiremate reaktsioonikiiruste, lühemate viibeaegade ja parema protsessitõhususega. Võtke meiega kohe ühendust, et arutada oma tooraineid, sihtvõimsust ja reaktori konfiguratsiooni pideva ultraheli biodiisli tootmise jaoks.

Miks on kehvakvaliteedilised toorained biodiisli tootmisel keerukad

Odavad biodiisli toorained on atraktiivsed, kuna tooraine maksumus domineerib tootmise majanduslikus tasuvuses. 2025. aastal avaldatud Belali ja kolleegide uuring näitab, et kasutatud toiduõlisid ja rasvu on võimalik ultrahelisegamise abil tõhusalt biodiislikütuseks muundada. Seejärel kasutati ultrahelil toodetud biodiislit edukalt diiselmootorites.
Kuigi jäätmeõlide kasutamine väldib toidu ja kütuse vahelist konflikti, mis on seotud toiduõlidega, seisneb väljakutse selles, et kehvakvaliteedilised toorained on varieeruvamad ja keerukamad töödelda. Tavapärases transesterdamises on alkoholi- ja õlifaas omavahel segunematud, mistõttu sõltub reaktsiooni tõhusus suuresti sellest, kui hästi suudab süsteem ületada massiülekande piiranguid. Lagunenud või madala kvaliteediga õlide ja rasvade puhul muutuvad need piirangud tõsisemaks, põhjustades sageli aeglasemat muundumist, pikemaid viibeaegu, keerukamat faaside eraldamist ja vähem tõhusat üldist töötlemist. Siin osutubki ultrahelisegamine tõeliseks murrangu toojaks.

Miks ultraheli töötlus (sonikeerimine) võimaldab kasutada kehvakvaliteedilisi tooraineid

Ultraheli töötlus (sonikeerimine) võimaldab kehvakvaliteedilisi tooraineid, näiteks jäätmeks muutunud taimeõlisid, kasutatud toiduõlisid, friteerimisrasvu, veiserasva (tallow) või kalaõlisid töödelda tõhusamalt, sest ultraheli kavitatsioon sunnib segunematud õli- ja alkoholifaasi palju paremini kokku puutuma, parandades oluliselt segunemist ning soojus- ja massiülekannet. Lisaks avaldab ultrahelisegamine nii füüsikalist kui ka keemilist toimet: ultraheli kavitatsioon intensiivistab reaktsioonikeskkonda ja võib soodustada väga reaktsioonivõimeliste radikaalide teket, mis kiirendavad reaktsioonikineetikat veelgi ning toetavad kiiremat ja täielikumat transesterdamist.
Täpselt seetõttu on ultraheli töötlus (sonikeerimine) madalama kvaliteediga tooraine jaoks nii väärtuslik. See kompenseerib piirangud, mis muudavad need toorained tavapärastes süsteemides keerukaks.

Mida uuring ultraheli töötlusega (sonikeerimisega) saavutas

Selle asemel, et keskenduda väikesele laboriseadmele, on tööstuslikele biodiislitootjatele võtmetähtsusega tulemuseks sonikeerimise abil saavutatud protsessi intensiivistamine. Optimeeritud ultraheli tingimustes saavutati Belali jt (2025) uuringus biodiisli saagis 96,65%. Võrreldes autorite tavapärase võrdlusmeetodiga lühendas ultraheliga toetatud transesterdamine reaktsiooniaega 90 minutilt 6 minutile ning biodiisli ja glütserooli lahutamise aega 720 minutilt 30 minutile.
Need tulemused on tööstusliku biodiislitootmise jaoks väga olulised, sest need näitavad, et sonikeerimine ei paranda segunemist lihtsalt veidi – see kiirendab põhimõtteliselt nii muundumist kui ka sellele järgnevat lahutamist.

Ultraheli meetodil saavutatakse ligikaudu 75% konversioon esimese 1,5 minuti jooksul ning konversioon stabiliseerub umbes 90% juures 6 minuti möödudes.
Tavapärase meetodi konversioonikiirus on palju aeglasem: 8 minuti möödudes saavutatakse vaid umbes 40% konversioon.
Uuring ja graafik: ©Fayyyazi et al. 2014

Kuidas see kandub üle Hielscheri pidevale läbivoolu-biodiislitöötlusele

Tööstuslikus rakenduses kanduvad need tulemused otse üle Hielscheri tööstuslike sonikaatorite ja reaktoritega teostatava pideva läbivoolu-ultrahelibiodiislitöötluse eelisteks. Sama kavitatsioonimehhanism, mis uuringus ilmnes – intensiivistatud segunemine, parem faasidevaheline kontakt, kiirem soojus- ja massiülekanne ning kiirenenud reaktsioonikineetika – ongi see, mis tagab jõudluse ultraheli läbivoolureaktorites.
Pidevas töörežiimis pumbatakse õli, alkohol ja katalüsaator läbi ultraheli reaktoritsooni, kus suure intensiivsusega kavitatsioon pidevalt dispergeerib faase ja paneb need reageerima. See võimaldab lühemaid viibeaegu, kiiremat konversiooni, varieeruvate odavate toorainete töökindlamat käitlemist ning kiiremat järgnevat lahutamist. Tööstuslike tootjate jaoks, kes töötlevad kasutatud toiduõli, kasutatud friteerimisrasvu, searasva või kalaõli, on põhisõnum selge: sonikeerimine muudab keerulised toorained kommertsvaates atraktiivsemaks, tagades parema konversiooni lühema ajaga.

Sonikeerimine parandab kütuse kvaliteeti

Oluline on, et töötlemata jäätmeõlid ei sobi mootorikütuseks. Uuringu termogravimeetriline analüüs võrdles diislikütust, töötlemata kasutatud toiduõli (WCO), tavapäraselt toodetud biodiislit ja ultraheli abil segamisega toodetud biodiislit. Autorid leidsid, et töötlemata WCO aurustumiskäitumine oli kõige halvem, samas kui ultraheli abil toodetud biodiisli aurustumiskäitumine oli parem võrreldes töötlemata WCO-ga ja isegi võrreldes traditsioonilise transesterdamisega toodetud biodiisliga.
See on oluline, sest halb aurustumine ja halb pihustumine on peamiste põhjuste hulgas, miks töötlemata jäätmeõlid võivad põhjustada pihustite ummistumist, mittetäielikku põlemist ja ladestusi. Uuringus märgitakse, et töötlemata WCO sisaldas lahustumatuid oligomeere, mis võivad mootorit kahjustada, ummistades sissepritsesüsteemi, samas kui nõuetekohane transesterdamine parandab kütuse omadusi oluliselt.

Kas biodiisli ja diislikütuse segusid saab diiselmootorites probleemideta kasutada?

Belali jt (2025) uuring näitab, et jah, ultraheli abil toodetud biodiislit saab tavalistes diiselmootorites probleemideta kasutada. Teadlased katsetasid segusid B10, B20, B30, B40 ja B100 diiselmootoris püsival pöörlemiskiirusel muutuva koormuse korral. Nende järelduse kohaselt saab diislikütuse asendada WCO-biodiisli või biodiisli ja diislikütuse seguga ilma mootorit muutmata ning soovitatud segu oli B40, sest see ühendas võrreldava mootori jõudluse selgelt paranenud heitmetega.
Kuigi mitte iga näitaja ei ole identne fossiilse diislikütuse omaga, on segud tavapärases diiselmootori töös täielikult kasutatavad, samas kui jõudluse erinevused on väikesed ja heitmete eelised märkimisväärsed.

Erinevad biodiisli/diislikütuse segud mootori koormusel 10–100%. – Vasakul: BSFC muutumine / Paremal: BTE muutumine erinevate biodiisli/diislikütuse segude korral mootori koormusel 10–100%
Uuring ja graafikud: ©Belal et al., 2025

Mootori jõudlus: lähedane diislikütusele, väikeste kompromissidega

Uuringus leiti, et biodiislisegud tagasid diislikütusega sarnase mootori jõudluse, kusjuures efektiivne erikütusekulu suurenes veidi ja efektiivne soojuslik kasutegur vähenes tühiselt.
Need muutused on ootuspärased. Mõõdetud omadused näitasid, et WCO-biodiislil olid diislikütusega võrreldes suurem tihedus ja viskoossus ning madalam kütteväärtus, kuigi tsetaaniarv oli selles uuringus sama. See tähendab, et sama väljundvõimsuse saavutamiseks võib olla vaja veidi rohkem kütust, kuid mootor töötab segudega siiski normaalselt.
Praktilisest vaatenurgast toetab see väidet, et biodiislisegud on diiselmootorites töökindlalt kasutatavad ka siis, kui need on toodetud kehvadest toorainetest, näiteks kasutatud toiduõlist.

Heitmed: biodiislisegamise tugevad eelised

Heitmete tulemustes ilmnesid biodiisli tugevaimad eelised.

Täiskoormusel andis B100 suurimad vähenemised järgmistes näitajates:

• CO: vähenemine 42,9%
• põlemata süsivesinikud: vähenemine 29,9%
• suitsu läbipaistmatus: vähenemine 42,1%

võrreldes puhta diislikütusega.
Uuring seostab need eelised biodiisli suurema hapnikusisalduse ja väiksema süsinikusisaldusega, mis soodustavad täielikumat põlemist ja vähendavad tahmamoodustust.

Mida see tähendab biodiisli tootjatele

Kehvad toorained on majanduslikult atraktiivsed, kuid neid on tavapärase tehnoloogiaga raskem töödelda. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) muudab seda võrrandit, ületades õli ja alkoholi vahelise massiülekande barjääri ning kiirendades konversiooni oluliselt. Uuringus tähendas see 96,65% biodiisli saagist, reaktsiooniaja lühendamist 90 minutilt 6 minutile ning faaside eraldumisaja vähendamist 12 tunnilt 30 minutile.
Pidevatele tööstuslikele biodiislisüsteemidele tähendab see Hielscheri ultraheli töötluse põhieeliseid: suuremat läbilaskevõimet, lühemat viibeaega, paremat töökindlust tooraine varieeruvuse suhtes ning tõhusamat tootmist odavatest õlidest ja rasvadest.

UIP1000hdT ultraheli reaktor jäätmeõlide ja -rasvade biodiislikonversiooni parandamiseks.

Hielscher sonikaatorid biodiisli tootmiseks WCO-st

Uuring näitab, miks Hielscher sonikaatorid on nii võimas tööriist biodiisli tootmiseks kehvadest toorainetest. Ultraheli kavitatsioon intensiivistab transesterdamist, parandades segunemist, soojusülekannet, massiülekannet ja reaktsioonikineetikat, võimaldades keerulisi tooraineid, nagu kasutatud toiduõlid ning muud lagunenud õlid ja rasvad, kiiresti ja tõhusalt konverteerida. Optimeeritud tingimustel saavutati uuringus 96,65% biodiisli saagis vaid 6 minutiga, kusjuures glütserooli eraldumine oli tavapärase töötlusega võrreldes oluliselt kiirem.
Sama oluline on, et saadud biodiisel oli mootorikasutuses praktiline. Biodiislisegud näitasid tavapärase diislikütusega sarnast jõudlust, vähendades samal ajal märkimisväärselt CO-d, põlemata süsivesinikke ja suitsu. Soovitatud B40 segu ühendas võrreldava mehaanilise jõudluse kõige tasakaalustatuma heitkäitumisega ning seda sai kasutada ilma mootorit muutmata.
Hielscher sonikaatorid mitte ainult ei kiirenda biodiisli tootmist – need muudavad odavad ja kehva kvaliteediga toorained sobivaks tõhusaks pidevaks töötlemiseks ning muudavad jäätmeõlid ja -rasvad praktiliseks, mootorile valmis kütuseks.

Allolev tabel annab ülevaate Hielscher ultraheli biodiislireaktorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

Hielscher ultraheli biodiislisegistite kasutamise majanduslikud ja keskkonnamõjud

Gholami et al. (2021) tehnilis-majanduslik mudel näitas:

• Kogu investeeringukulu vähenes ligikaudu 21%,
• Tootmiskulu tonni kohta vähenes ligikaudu 5%,
• Jäätmteke vähenes viiendikuni mehaanilisel segamisel tekkivast,
• Sisemine tasuvusmäär (IRR) paranes 18,3%-ni positiivse NPV-ga, samas kui tavapärane protsess jäi ebaökonoomseks.

Keskkonnaaspektist vähendab metanooli ülemäära otseselt lenduvate orgaaniliste ühendite heidet ja langetab soojusenergia kasutust, viies ultraheli biodiisli tootmise kooskõlla rohelise tootmise eesmärkidega.

Ultraheli biodiisli reaktori eelised ülevaatlikult

(võrdleva uuringu tulemused, vt Gholami et al., 2021)

Disain, tootmine ja nõustamine – kvaliteet, mis on tehtud Saksamaal

Hielscher ultrasonikaatorid on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja disainistandardite poolest. Töökindlus ja lihtne kasutus võimaldavad meie ultrasonikaatorite sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Karmid tingimused ja nõudlikud keskkonnad ei valmista Hielscher ultrasonikaatoritele raskusi.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ja pöörab erilist tähelepanu suure jõudlusega ultrasonikaatoritele, mis ühendavad tipptehnoloogia ja kasutajasõbralikkuse. Loomulikult vastavad Hielscher ultrasonikaatorid CE nõuetele ning täidavad UL-i, CSA ja RoHs nõudeid.

Kirjandus / viited

• Belal, B. Y.; Li, G.; Zhang, Z.; Liang, J.; Zhou, M.; Masoud, S. M.; Attia, A. M. A.; El-Zoheiry, R. M.; El-Seesy, A. I. (2025): Optimizing waste cooking biodiesel production using ultrasonic-assisted and studying its combustion characteristics blended with diesel in diesel engine. Environmental science and pollution research international, 32(11), 2025. 6984–7001.
• J. Sáez-Bastante, M. Carmona-Cabello, S. Pinzi, M.P. Dorado (2020): Recycling of kebab restoration grease for bioenergy production through acoustic cavitation. Renewable Energy, Volume 155, 2020. 1147-1155.
• Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
• Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
• Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
• Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
• Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.