Bioenergia tootmise tõhususe suurendamine võimsate ultrahelide abil

Kõrge intensiivsusega ultraheli (sonikatsioon) rakendamine taastuvenergia tootmises tähendab protsessi efektiivsuse olulist edasiminekut. Akustilist kavitatsiooni ära kasutades parandab ultrahelitehnoloogia massiülekannet, lagundab rakustruktuure ja kiirendab keemilisi reaktsioone mitmesugustes biokütuste tootmisprotsessides, sealhulgas biodiisli, bioetanooli ja biogaasi tootmisel.
Taastuvkütuste järele on üha suurem nõudlus, kuna naftahinnad tähistavad uusi kõrgusi. Ultraheli tehnoloogia rakendamine roheliste kütuste, näiteks biodiislikütuse, bioetanooli ja biogaasi tootmisel parandab tehnilist ja kaubanduslikku efektiivsust.

Jäätmetest saadud taimeõli ja loomse rasva baasil toodetud biodiisel

Biodiisel on taastuv kütus, mida saab kasutada diiselmootorites naftast valmistatud diislikütuse alternatiivina. Biodiisli toodetakse transesterifitseerimise teel sellistest lähteainetest nagu taimeõlid, loomsed rasvad või määrdeained. Kõige levinumad lähteained on soja-, rapsi- või vetikaõli. Biodiisli tootmine hõlmab katalüütilist reaktsiooni alkoholiga (metanool või etanool). Õli, rasva või määrdeaine ultrahelisegamine alkoholiga parandab oluliselt reaktsiooni kiirust ja saagikust. See vähendab investeerimis- ja tegevuskulusid.

• Kiirendatud ümberesterdamine: Ultrahelikiirgus lühendab oluliselt biodiisli tootmise reaktsiooniaega, vähendades seda sageli tundidest vähem kui viie minutini.
• Täiustatud eraldamine: See tehnoloogia parandab glütseriini eraldamist biodiislikütusest, lühendades settimisaega mitmest tunnist alla 15 minuti.
• Kõrgemad saagid: Ultraheliravi võib tagada reaktiivainete põhjaliku segunemise, aidates saavutada biodiisli saagiseks üle 99%.

Klõpsake siin, et lugeda rohkem biodiisli ultraheli segamisreaktorite kohta!

Tärklisest ja suhkrust toodetud bioetanool

Bioetanooli kasutatakse bensiini keskkonnasõbraliku alternatiivina. Seda toodetakse kääritamise teel maisist, nisust, kartulitest, suhkruroost, riisist ja muudest teraviljadest. Pärmi abil kääritatakse nendes põllukultuurides leiduvat tärklist ja suhkrut etanooliks. Rakustruktuuride ultrahelilise lagundamise ja rakusisese materjali ekstraheerimise abil vähendatakse osakeste suurust ning vedeldamise käigus avatakse ensüümidele palju suurem pindala. See parandab tärklise ja suhkru biosaadavust ning tagab kiirema ja täielikuma kääritamise, mille tulemusena saadakse rohkem etanooli.
Bioetanooli tootmine sõltub suuresti lignotselluloosist koosneva biomassi tõhusast lagundamisest, et vabastada kääritatavaid suhkrusid. Ultraheli toetab seda protsessi mitmel viisil:

• Tõhustatud hüdrolüüs: Ultraheliline eeltöötlus hõlbustab taimeosakeste lagunemist ja parandab glükoosi vabanemist maisipastast kuivjahvatusega etanoolitehastes.
• Stimuleeritud kääritamine: On tõestatud, et ultraheli stimuleerib etanooli tootmist selliste materjalide nagu segatud kontoripaberi samaaegse sahharifitseerimise ja kääritamise (SSF) käigus.
• Ekstraheerimise efektiivsus: Suure võimsusega ultraheli on tõhus vahend selliste aktiivsete komponentide nagu ksülaani ja heteroksülaani eraldamiseks maisitõlvikest ja -kestadest, samuti sojaubadest õli ekstraheerimise tõhustamiseks, mis toetab biopõhiste tootmisahelate laiemat kasutuselevõttu.

Klõpsake siin, et lugeda rohkem rakkude lagunemine ja Kaevandamine!

Jäätmetest ja reoveesetetest toodetud biogaas

Orgaanilised olmejäätmed, reoveesetted, muda ja sõnnik on biogaasi allikaks. Sellise materjali töötlemine aeroobsetes või anaeroobsetes kääritusseadmetes muundab orgaanilise materjali biogaasiks. Ultraheli orgaanilise materjali lagunemine enne seedimist muudab materjali struktuuri ning vabastab ja aktiveerib ensüüme. See parandab orgaanilise materjali seedimist, mille tulemuseks on kiirem töötlemine, rohkem gaasi ja vähem jääkmuda. See omakorda suurendab olemasolevate kääritusseadmete võimsust ja vähendab kõrvaldamiskulusid.

Anaeroobses lagundamisprotsessis kasutatakse ultrahelil põhinevat eeltöötlust biomassi (näiteks jäätmetest pärit aktiivsete setete) lagundamiseks, et muuta orgaaniline aine bakteritele kergemini kättesaadavaks.

• Suurem biogaasi saagis: Ultrahelitöötlus on osutunud tõhusaks biogaasi kogutoodangu suurendamisel. Uuringutes on täheldatud biogaasi tootmise suurenemist 26–36% võrreldes töötlemata reoveesettiga.
• Tõhusam tahkete ainete vähendamine: Ultraheliravi tõhustab lenduvate tahkete ainete (VS) lagundamist. Näiteks võib VS-i lagundamine suureneda 30%-lt 35%-ni või isegi rohkem (kuni 39%) sõltuvalt orgaanilisest koormusest ja sisestatud energiast.
• Reovee integreerimine: Linnade ja tööstuslike reoveepuhastite biosolideid, samuti biogaasijaamade enda biosolideid, saab tõhusalt töödelda ultrahelireaktorite abil, et optimeerida stabiliseerimis- ja energiatagastamisprotsessi.

Klõpsake siin, et lugeda rohkem ultraheli muda lagunemine!

Loomasõnniku ultraheliga lagundamine enne anaeroobset kääritamist parandab biogaasi saagist.

Ultraheli energiabilanss

Eespool nimetatud protsessid ei vaja palju ultrahelienergiat. Üldiselt kompenseerib ultrahelitöötlemise tulemusena tekkiv ülemäärane energia ultraheli tekitamiseks kulutatud energia. Hielscheri ultraheliseadmete üldine kasutegur on üle 85%. See tähendab, et üle 85% elektrienergiast muundatakse mehaaniliseks energiaks ja antakse edasi vedelikule. Protsessi tegelik energiavajadus on võimalik kindlaks määrata väikeses mastaabis, kasutades laua-tüüpi 1 kW võimsusega ultraheliprotsessorit. Kõiki selliste laua-katse tulemusi on võimalik hõlpsasti suuremas mastaabis rakendada. Hielscher tarnib tööstuslikke ultrahelitöötlusseadmeid üle kogu maailma. Tööstuslike ultrahelihomogenisaatoritega, mille võimsus ulatub kuni 16 kW ühe seadme kohta, ei ole tehase suurusele ega töötlemisvõimsusele mingeid piiranguid.