Biodiislikütuse tootmine kasutatud kohvipaksust ekstraheeritud õlist
Jätkusuutlike ja taastuvate energiaallikate leidmise ülemaailmsete jõupingutuste intensiivistudes on biodiislikütuse tootmine jäätmematerjalidest pälvinud märkimisväärset tähelepanu. Nende materjalide seas pakub kasutatud kohvipaks (SCG) paljutõotavat võimalust. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) intensiivistab nii õlide ekstraheerimist kohvijäätmetest kui ka nende õlide transesterdamist biodiislikütuseks.
Jätkusuutlik biodiislikütuse valmistamine jäätmetest ultraheli töötluse (sonikeerimise) abil
Jätkusuutlik biodiislikütuse tootmine jäätmeõlidest, näiteks kasutatud kohvipaksu õlidest, on paljutõotav alternatiiv tavapärastele fossiilkütustele, mis lahendab nii energiavajaduse kui ka jäätmekäitluse küsimusi. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on hästi väljakujunenud ja teaduslikult tõestatud meetod, mis parandab nii õli ekstraheerimist taimedest kui ka biodiislikütuse konversiooniprotsessi. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) kiirendab transesterdamisreaktsioone, tekitades akustilise kavitatsiooni abil lokaalseid kõrge energiatihedusega tsoone, mis tugevdab õli ja alkoholi kontakti ning vähendab vajadust kõrgete temperatuuride ja pikkade reaktsiooniaegade järele.
Ultraheli reaktor UIP16000hdT toodab ligikaudu 32MMGY biodiislikütust.
Jäätmeõlide, näiteks kasutatud kohvipaksu, kasutamine toorainena aitab jätkusuutlikkusele kaasa veelgi, suunates orgaanilised jäätmed prügilatest mujale ja vähendades sõltuvust neitsilikest taimeõlidest. Selline lähenemisviis vähendab keskkonnamõju ning parandab biodiislikütuse tootmise majanduslikku elujõulisust. Lisaks võib ultraheli töötluse (sonikeerimise) ja jäätmeõlide kasutamise kombinatsioon anda suuremat saagist ning tõhusamat biodiislikütuse tootmist, toetades ülemaailmset üleminekut taastuvatele energiaallikatele.
Õli ekstraheerimine kasutatud kohvipaksust ultraheli abil
Õli ekstraheerimine kasutatud kohvipaksust on biodiislikütuse tootmisprotsessi otsustav etapp. Kasutatud kohvipaks sisaldab ligikaudu 10-20% õli massi järgi, olenevalt kohvuoa tüübist ja ekstraheerimismeetodist. Selle õli tõhusaks ekstraheerimiseks kasutatakse lahustina tavaliselt N-heksaani, kuid kasutada võib ka petrooleetrit, veevaba etanooli, vesilahuses etanooli või metanooli.
- Kasutatud kohvipaksu kuivatamine: enne õli ekstraheerimist tuleb kasutatud kohvipaks põhjalikult kuivatada, et vähendada niiskusesisaldust, mis võib lahusti efektiivsust pärssida.
- Ekstraheerimine lahustiga ultraheli abil: Kuivatatud kasutatud kohvipaks segatakse reaktoris N-heksaaniga, kus õli lahustub lahustisse. Sondtüüpi ultraheli töötlus (sonikeerimine) suurendab ekstraheeritud õlide saagist märkimisväärselt. Loe lähemalt õlide ultraheli abil ekstraheerimise kohta.
- Eraldamine: Seejärel segu filtreeritakse, et eraldada kasutatud kohvipaks N-heksaani-õli lahusest.
- Lahusti taaskasutus: Lõpuks lahusti aurustatakse või destilleeritakse, jättes järele ekstraheeritud kohviõli, mis on valmis biodiislikütuseks konverteerimiseks.
Ultraheli abil toetatud õli ekstraheerimine ja biodiislikütuse transesterdamine
Kasutatud kohvipuru (SCG) on rikas väärtuslike koostisosade poolest, sealhulgas 15–20% õli, mille profiil on võrreldav taimsete õlidega. SCG-st ekstraheeritud õli sisaldab mitmesuguseid rasvhappeid, nagu linoolhape, oleiinhape, linoleenhape ja küllastunud rasvhapped. Kohvijäätmetest saadud biodiisel võib anda ASTM-standardile vastavat biodiislit. Sobivad lahustid on petrooleeter, heksaan, veevaba etanool, vesietanool või metanool.
Kuigi traditsiooniline lahustiekstraktsioon on tõhus, parandab ultrahelitoega ekstraktsioon oluliselt õli eraldamise efektiivsust kasutatud kohvipuru hulgast. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) kasutab suure intensiivsusega madalsageduslikke ultrahelilaineid, et tekitada kavitatsiooni – lokaalseid kõrge rõhu ja temperatuuriga tsoone –, mis parandavad lahusti difusiooni kasutatud kohvipurusse, lõhuvad rakuseinu ja võimaldavad suuremat õli vabanemist.
Lisaks on ultrahelitoega transesterifitseerimisel keskne roll ekstraheeritud kohviõli muundamisel biodiisliks. Tavapärane transesterifitseerimisprotsess, mille käigus õlid või rasvad reageerivad alkoholiga katalüsaatori juuresolekul, võib massitootmise puhul olla aeganõudev ja vähem tõhus. Ultraheli töötlus kiirendab seda protsessi, parandades õli, alkoholi ja katalüsaatori vastastikmõju, mis toob kaasa lühemad reaktsiooniajad ja suurema biodiislisaagise.
Lisateave ultraheliga biodiisli tootmise kohta odavast toorainest, nagu kasutatud toiduõlid, kasutatud friteerimisrasvad ja mittesöödavad õlid!
UIP1000hdT ultraheli reaktor kohvipuru hulgast ekstraheeritud õlide paremaks biodiisliks muundamiseks. Ultraheli töötlus soodustab kohviõli ekstraktsiooni ja nende õlide transesterifitseerimist biodiisliks.
Lifka ja Ondruschka (2004) võrdlev uuring näitab ultrahelisegamise suuremat energiatõhusust võrreldes mehaanilise segamisega. See teeb sonikaatoritest biodiisli tootmisel eelistatud segamismeetodi.
Hielscheri sondtüüpi sonikaatorite eelised õli ekstraktsioonil ja biodiisli tootmisel
- Parem õli ekstraktsiooni tõhusus: Hielscheri sonikaatorid parandavad õli saagist ekstraktsiooniprotsessi käigus oluliselt. Kasutatud kohvipuru rakustruktuuri lõhkudes võimaldavad need ultraheliseadmed õli täielikumat vabanemist lahustisse, vähendades biomassi jäävat jääkõli.
- Kiirendatud transesterifitseerimine: Hielscheri sonikaatorite tekitatud ultraheli kavitatsioon kiirendab transesterifitseerimisreaktsiooni, intensiivistades reagentide segunemist. See lühendab reaktsiooniaega ja suurendab biodiisli saagist, muutes protsessi ajaliselt tõhusamaks ja kuluefektiivsemaks.
- Parem biodiisli kvaliteet: Hielscheri ultraheli sondide tekitatud ühtlane kavitatsioon tagab triglütseriidide järjepideva ja täieliku muundamise biodiisliks. See annab kõrgema kvaliteediga biodiisli, milles on vähem lisandeid ja mille kütuseomadused on paremad, sealhulgas madalam hägustumispunkt ja suurem oksüdatiivne stabiilsus.
- Energiatõhusus: Erinevalt traditsioonilistest mehaanilistest meetoditest, mis nõuavad pikemat töötlusaega ja suuremat energiasisendit, töötab Hielscheri ultraheli tehnoloogia madalamatel energiatasemetel, pakkudes samal ajal paremaid tulemusi. See muudab ultraheli abil toimuva biodiisli tootmise jätkusuutlikumaks ja keskkonnasõbralikumaks.
- Skaleeritavus: Hielscher pakub ultraheliseadmeid, mis on skaleeritavad erinevatele tootmismahtudele, alates väikestest laboriseadmetest kuni tööstusliku mastaabiga biodiisli tootmistehasteni. See paindlikkus võimaldab tootjatel oma protsesse optimeerida ja saavutada maksimaalse tootlikkuse.
Biodiisli tootmine, kasutades katalüsaatorina erinevaid guanidiine (3% mol). (A) Mehaanilise segamisega perioodiline reaktor: (metanool:rapsiõli) 4:1, temperatuur 65ºC; (B) Ultraheli perioodiline reaktor: UP200St, (metanool:rapsiõli) 4:1, 60% US amplituud, temperatuur 35ºC. Ultraheliga segamine edestab mehaanilist segamist kaugelt.
(Uuring ja graafikud: Shinde ja Kaliaguine, 2019)
- kõrge tõhusus
- tipptehnoloogia
- töökindlus ja vastupidavus
- reguleeritav, täpne protsessijuhtimine
- partii- ja inline-töötlus
- mis tahes mahule
- intelligentne tarkvara
- nutikad funktsioonid (nt programmeeritavus, andmete protokollimine, kaugjuhtimine)
- lihtne ja ohutu kasutada
- väike hooldusvajadus
- CIP (kohapealne puhastus)
Projekteerimine, tootmine ja nõustamine – kvaliteet, mis on valmistatud Saksamaal
Hielscheri ultrahelihomogenisaatorid on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja projekteerimisstandardite poolest. Töökindlus ja lihtne kasutus võimaldavad meie ultrahelihomogenisaatorid sujuvalt tööstusrajatistesse integreerida. Hielscheri ultrahelihomogenisaatorid tulevad kergesti toime karmide tingimuste ja nõudlike keskkondadega.
Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ning pöörab erilist tähelepanu suure jõudlusega ultrahelihomogenisaatoritele, mis ühendavad tipptehnoloogia ja kasutajasõbralikkuse. Loomulikult vastavad Hielscheri ultrahelihomogenisaatorid CE nõuetele ning täidavad UL-i, CSA ja RoHs nõudeid.
Hankige tehnilised üksikasjad ja hinnapakkumine Hielscheri biodiislireaktorile!
Biodiisli tootmine kohvipuru õlist kujutab endast säästvat ja uuenduslikku lahendust nii jäätmekäitlusele kui ka taastuvenergia tootmisele. N-heksaaniga õli ekstraheerimise, ultraheliga toetatud töötluse ja kaheastmelise happe-aluse katalüüsitud transesterdamisprotsessi kombinatsioon maksimeerib õli saagist ning suurendab biodiisli saagist.
Hielscheri sondtüüpi sonikaatorid mängivad kriitilist rolli nii õli ekstraheerimise kui ka biodiisli transesterdamise optimeerimisel. Nende ülimalt arenenud tehnoloogia tagab suurema efektiivsuse, kiirema töötluse ja parema kvaliteedi, muutes need suurepäraseks valikuks biodiisli tootjatele, kes taotlevad oma tegevuses jätkusuutlikkust ja kulutõhusust.
Ajastul, mil nõudlus taastuvenergia järele üha kasvab, aitab jäätmematerjalide, näiteks kasutatud kohvipuru, ärakasutamine mitte ainult keskkonnakaitsele kaasa, vaid toetab ka ringmajandust, muutes jäätmed väärtuslikeks energiaallikateks.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultrahelihomogenisaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 0,5 kuni 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 kuni 150L | 3 kuni 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster seadmetest UIP16000 |
Ultraheli töötlust kasutatakse õlide ekstraheerimiseks kasutatud kohvipurust.
Korduma kippuvad küsimused
Mis on kohviõli?
Kohviõli on lipiidirikas ekstrakt, mis on saadud kohvioasaadest või kasutatud kohvipurust ning sisaldab triglütseriidide, vabade rasvhapete ja muude bioaktiivsete ühendite segu. See koosneb peamiselt küllastumata rasvhapetest, nagu linoolhape ja oleiinhape, ning väiksematest kogustest küllastunud rasvhapetest, näiteks palmitiinhappest. Kohviõli on väärtustatud oma potentsiaali tõttu biodiisli tootmises, kosmeetikas ja toiduainetööstuses, mis tuleneb selle kõrgest rasvhappesisaldusest ja antioksüdantsetest omadustest. Ekstraheerimisprotsess hõlmab tavaliselt mehaanilist pressimist või lahustiga ekstraheerimist, kusjuures kasutatud kohvipuru on külluslik ja jätkusuutlik allikas. Ultraheliga ekstraheerimine annab kohviõlide suurepärase saagise.
Milleks kohviõli kasutatakse?
Kohviõli kasutatakse mitmesugustes tööstusharudes, sealhulgas kosmeetikas, farmaatsias ja biodiisli tootmises. Kosmeetikas on seda väärtustatud niisutavate ja antioksüdantsete omaduste tõttu, mistõttu on see levinud koostisosa nahahooldus- ja juuksehooldustoodetes. Farmaatsia valdkonnas uuritakse kohviõli põletikuvastaseid ja antimikroobseid omadusi. Lisaks on kohviõli oma kõrge lipiidisisalduse tõttu paljutõotav lähteaine biodiisli tootmiseks, pakkudes jätkusuutlikku alternatiivi tavapärastele kütustele, kasutades ära jäätmematerjale, näiteks kasutatud kohvipuru.
Kas kohviõli on jätkusuutlik?
Jah, kohviõli võib pidada jätkusuutlikuks, eriti kui see on saadud kasutatud kohvipaksust, mis on kohvitööstuse tavaline jääde. Kasutatud kohvipaksu kasutamine õli ekstraheerimiseks soodustab jäätmete väärindamist, muutes külluslikult olemasoleva ja vähekasutatud kõrvalsaaduse väärtuslikuks ressursiks ning vähendades keskkonnamõju ja sõltuvust neitsilikest taimeõlidest. See protsess aitab kaasa ringmajandusele, vähendades jäätmeid ja pakkudes alternatiivset tooraine allikat selliste tööstusharude jaoks nagu biodiisli tootmine ja kosmeetika. Lisaks aitab kohvipaksu jäätmete kasutamine vähendada traditsiooniliste õlitootmismeetoditega seotud süsiniku jalajälge, parandades veelgi õli jätkusuutlikkuse profiili.
Kas kohviõli ultraheliekstraktsioon on skaleeritav?
Kohviõli ultraheliekstraktsioon on skaleeritav, eriti täiustatud ultraheli läbivoolureaktorite abil, näiteks Hielscher Ultrasonicsi projekteeritud reaktorite puhul. Need reaktorid on loodud pidevaks töötlemiseks tööstuslikus mastaabis ning aitavad ületada paljusid ultraheli töötluse mastaabi suurendamisega seotud väljakutseid. Võimaldades materjalide pidevat voolu läbi reaktori, tagavad need ühtlase kavitatsiooni ja tõhusa energiaülekande, mis parandab õli saagist ja ekstraktsiooni tõhusust. Läbivoolukonstruktsioon võimaldab paremini kontrollida töötlusparameetreid, näiteks temperatuuri ja energiasisendit, muutes protsessi energiatõhusamaks ja kuluefektiivsemaks kui traditsiooniline partii-ultraheli töötlus. Tänu nendele tehnoloogilistele uuendustele saab kohviõli ultraheliekstraktsiooni suurendada tööstuslikule tasemele, säilitades samal ajal kiirema töötlusaja, suurema saagise ja väiksema energiatarbimise eelised, mistõttu on see teostatav ja jätkusuutlik valik suuremahuliste rakenduste jaoks.
Kuidas ultraheli töötlus (sonikeerimine) biodiisli tootmist parandab?
Ultraheli töötlus (sonikeerimine) parandab biodiisli tootmist, tõhustades transesterifikatsiooniprotsessi kõrgsageduslike ultraheli lainete abil. Need lained tekitavad kavitatsiooni, mis loob lokaalselt kõrge temperatuuri ja kõrge rõhuga tingimused, lagundades õlimolekule tõhusamalt ja parandades reagentide segunemist. See suurendab õli ja alkoholi kokkupuutepinda, mille tulemuseks on kiirem reaktsioonikiirus, lühem reaktsiooniaeg ja suurem biodiisli saagis. Lisaks võib ultraheli töötlus vähendada liigse katalüsaatori vajadust ja alandada energiatarbimist, võimaldades reaktsioonidel toimuda madalamatel temperatuuridel. Üldiselt suurendab see tõhusust, vähendab kulusid ja toetab jätkusuutlikumat biodiisli tootmist.
Kas ultraheliga biodiisli tootmine on skaleeritav?
Jah, ultraheli töötlus (sonikeerimine) on skaleeritav, kuid selle skaleeritavus eeldab teatud tingimusi. Kuigi ultraheli töötlus on partiirežiimis laboris ja väikeses mastaabis biodiisli tootmisel väga tõhus, on tööstuslikule tasemele suurendamiseks soovitatav kasutada ultraheli in-line-reaktoreid. Hielscheri ultraheli läbivoolureaktorid saavutavad ühtlase kavitatsiooni ja segamine suurtes reaktorites võib olla keeruline, mis toob kaasa ühtlase biodiisli saagise, parema reaktsioonitõhususe ja lühema töötlusaja. Täiustatud ultraheli reaktorite konstruktsioon ja energiatõhusus on otsustava tähtsusega, et muuta ultraheli töötlus tööstuslikus mastaabis teostatavamaks ja kuluefektiivsemaks.
Kirjandus / viited
- Caballero Galván, Ashley; Restrepo, Daissy;Ortiz-Sánchez, Mariana; Cardona, Carlos Ariel (2018): Analysis of Extraction Kinetics of Bioactive Compounds from Spent Coffee Grounds (Coffea arábica). Waste and Biomass Valorization 9, 2018.
- Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
- Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
- 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.
- Wu, P., Yang, Y., Colucci, J.A. and Grulke, E.A. (2007): Effect of Ultrasonication on Droplet Size in Biodiesel Mixtures. J Am Oil Chem Soc, 84: 877-884.
- Kumar D., Kumar G., Poonam, Singh C. P. (2010): Ultrasonic-assisted transesterification of Jatropha curcus oil using solid catalyst, Na/SiO2. Ultrasonics Sonochemistry 2010 Jun; 17(5): 839-44.
- 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.
- Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).
- Nieves-Soto, M., Oscar M. Hernández-Calderón, C. A. Guerrero-Fajardo, M. A. Sánchez-Castillo, T. Viveros-García and I. Contreras-Andrade (2012): Biodiesel Current Technology: Ultrasonic Process a Realistic Industrial Application. InTechOpen 2012.
Naeem, Marwa; Al-Sakkari, Eslam; Boffito, D; Rene, Eldon; Gadalla, Mamdouh; Ashour, Fatma (2023): Single-stage waste oil conversion into biodiesel via sonication over bio-based bifunctional catalyst: Optimization, preliminary techno-economic and environmental analysis. Fuel, 2023.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laborimudelitest kuni tööstusliku suuruseni.