Bioenergia tootmise tõhususe suurendamine võimsa ultraheliga

Suure intensiivsusega ultraheli (ultraheli töötlus, sonikeerimine) rakendamine taastuvenergia tootmisel kujutab endast olulist edasiminekut protsesside tõhususes. Akustilist kavitatsiooni ära kasutades parandab ultrahelitehnoloogia massiülekannet, lõhub rakustruktuure ja kiirendab keemilisi reaktsioone mitmesugustel biokütuste tootmisviisidel, sealhulgas biodiislikütuse, bioetanooli ja biogaasi tootmisel.
Taastuvkütuste nõudlus kasvab, kuna naftahinnad jõuavad uute tippudeni. Ultrahelitehnoloogia rakendamine rohekütuste, näiteks biodiislikütuse, bioetanooli ja biogaasi tootmisel parandab nii tehnilist kui ka kaubanduslikku tõhusust.

Biodiislikütus kasutatud taimeõlist ja loomsest rasvast

Biodiislikütus on taastuv kütus, mida saab kasutada diiselmootorites naftast valmistatud diislikütuse alternatiivina. Biodiislikütust valmistatakse transesterdamise teel sellistest allikatest nagu taimeõlid, loomsed rasvad või määre. Kõige levinumad toorained on sojaoa-, rapsi- või vetikaõli. Biodiislikütuse tootmine hõlmab katalüütilist reaktsiooni alkoholiga (metanool või etanool). Õli, rasva või määrde ultraheliga segamine alkoholiga parandab oluliselt reaktsioonikiirust ja saagist. See vähendab investeeringu- ja tegevuskulusid.

• Kiirendatud transesterdamine: Ultraheliga kiiritamine lühendab oluliselt biodiislikütuse tootmise reaktsiooniaega, viies selle sageli tundidelt alla viie minuti.
• Parem eraldumine: Tehnoloogia parandab glütseriini eraldumist biodiislikütusest, lühendades settimisaega mitmelt tunnilt alla 15 minuti.
• Suuremad saagised: Ultraheli töötlus võib võimaldada biodiislikütuse saagist üle 99%, tagades reagentide põhjaliku segunemise.

Klõpsake siin, et lugeda lähemalt biodiislikütuse ultraheli segamisreaktorite kohta!

Bioetanool tärklisest ja suhkrust

Bioetanooli kasutatakse bensiini rohelise alternatiivina. Seda valmistatakse kääritamise teel maisist, nisust, kartulist, suhkruroost, riisist ja muudest teraviljadest. Pärmi kasutatakse nendes põllukultuurides sisalduva tärklise ja suhkrute kääritamiseks etanooliks. Rakustruktuuride ultraheliga desintegreerimine ja rakusisese materjali ekstraheerimine vähendab osakeste suurust ja avab ensüümidele veeldamise ajal palju suurema pindala. See parandab tärklise ja suhkru biosaadavust ning viib kiirema ja täielikuma kääritamiseni, mis annab rohkem etanooli.
Bioetanooli tootmine sõltub suurel määral lignotselluloosse biomassi tõhusast lagundamisest kääritatavate suhkrute vabastamiseks. Ultraheli aitab seda protsessi mitmel viisil:

• Tõhustatud hüdrolüüs: Ultraheliga eeltöötlus soodustab taimeosakeste desintegreerimist ja parandab glükoosi vabanemist maisisuspensioonist kuivjahvatusega etanoolitehastes.
• Stimuleeritud kääritamine: Ultraheli on uuringute kohaselt näidanud etanooli tootmise stimuleerimist samaaegse sahhariseerimise ja kääritamise (SSF) käigus sellistel materjalidel nagu segatud kontoriprügipaber.
• Ekstraheerimise tõhusus: Suure võimsusega ultraheli on tõhus aktiivsete komponentide, näiteks ksülaani ja heteroksülaani ekstraheerimisel maisitõlvikutest ja -kestadest, samuti sojaubadest õli ekstraheerimise parandamisel, mis toetab laiemaid biopõhiseid tootmisahelaid.

Klõpsake siin, et lugeda lähemalt: rakkude desintegreerimine ja ekstraheerimine!

Biogaas jäätmetest ja reoveesettest

Olmeorgaanilised jäätmed, reoveesete, muda ja sõnnik on biogaasi allikaks. Sellise materjali töötlemine aeroobsetes või anaeroobsetes kääritites muudab orgaanilise materjali biogaasiks. Orgaanilise materjali ultraheliga desintegreerimine enne kääritamist muudab materjali struktuuri ning vabastab ja aktiveerib ensüüme. See parandab orgaanilise materjali kääritamist, mis viib kiirema töötlemise, rohkem gaasi ja vähem jääksette. See omakorda suurendab olemasolevate kääritite võimsust ja vähendab kõrvaldamiskulusid.

Anaeroobses kääritamises kasutatakse ultraheliga eeltöötlust biomassi (näiteks aktiivmuda jääkide) desintegreerimiseks, et muuta orgaaniline aine bakteritele kättesaadavamaks.

• Suurenenud biogaasi saagis: Ultraheli töötlus on osutunud tõhusaks kumulatiivse biogaasi tootmise suurendamisel. Uuringutes on teatatud biogaasi tootmise suurenemisest 26% kuni 36% võrreldes töötlemata settega.
• Parem tahkete ainete vähenemine: Ultraheliga töötlus tõhustab lenduvate tahkete ainete (VS) lagunemist. Näiteks võib VS lagunemine suureneda 30%-lt 35%-ni või isegi rohkem (kuni 39%), olenevalt orgaanilisest koormusest ja energiasisendist.
• Reovee integreerimine: Linna- ja tööstusreoveepuhastite biosolid, samuti biogaasijaamade endi biosolid, on võimalik tõhusalt töödelda ultraheli reaktoritega, et optimeerida stabiliseerimis- ja energiataaskasutusprotsessi.

Klõpsake siin, et lugeda lähemalt: ultraheliga reoveesette desintegreerimine!

Loomasõnniku ultraheliga desintegreerimine enne anaeroobset kääritamist parandab biogaasi saagist.

Ultraheli energiabilanss

Eespool nimetatud protsessid ei vaja palju ultraheli energiat. Üldiselt kompenseerib ultraheli töötluse tulemusel tekkiv energiaülejääk ultraheli tekitamiseks kasutatud energia. Hielscheri ultraheliseadmete üldine kasuteguri on üle 85%. See tähendab, et üle 85% elektrienergiast muundatakse ja antakse vedelikule edasi mehaanilise energia kujul. Protsessi tegelikku energiavajadust saab määrata väikeses mastaabis, kasutades 1kW ultraheliprotsessorit laboriskaalas. Kõik sellistest laborikatsetest saadud tulemused on hõlpsasti suurendatavad tööstuslikku mastaapi. Hielscher tarnib tööstuslikke ultraheli töötlusseadmeid kogu maailmas. Tööstuslike ultraheli homogenisaatoritega, mille võimsus on kuni 16kW ühe sonikaatori kohta, ei ole tehase suurusel ega töötlusvõimsusel piiranguid.