UCO:sta biodieseliksi ultraäänireaktoreilla

Käytetystä ruokaöljystä (UCO) on tullut yksi houkuttelevimmista kestävän biodieseltuotannon raaka-aineista. UCO:n muuntaminen biodieseliksi eli käytetyn ruokaöljyn metyyliesteriksi auttaa vähentämään jätettä, alentaa raaka-ainekustannuksia ja tukee polttoainetalouden kiertotaloutta. Tehokasta prosessointiteknologiaa etsiville biodieselin tuottajille Hielscherin ultraäänibiodieselreaktorit tarjoavat tehokkaan ratkaisun vaihtoesteröinti- ja esteröintiprosessien tehostamiseen.

Hielscherin ultraäänibiodieselreaktoreita käytetään laajasti parantamaan edullisten öljyjen ja rasvojen muuntamista korkealaatuiseksi biodieseliksi. Synnyttämällä voimakasta sekoittumista mikroskooppisella tasolla ultraäänikavitaatio nopeuttaa kemiallisia reaktioita, parantaa aineensiirtoa keskenään sekoittumattomien faasien välillä ja auttaa tuottajia saavuttamaan nopean, luotettavan ja skaalautuvan biodieselin valmistuksen.

UCOME – biodieseliä jäteöljyistä

UCOME tarkoittaa käytetyn ruokaöljyn metyyliesteriä. Se on biodieselpolttoaine, jota tuotetaan muuntamalla käytetyt ruokaöljyt rasvahappojen metyyliestereiksi kemiallisessa reaktiossa metanolin kanssa. Koska UCO on kierrätetty raaka-aine, UCOME on erityisen houkutteleva sekä talouden että ympäristön näkökulmasta.
Neitseellisiin kasviöljyihin verrattuna UCO tarjoaa selviä kustannusetuja, mutta sen käsittelyyn liittyy myös haasteita. Käytetylle ruokaöljylle ovat usein ominaisia:

• Vapaat rasvahapot (FFA)
• Vesi
• Ruoantähteet ja epäpuhtaudet
• Hapettumistuotteet
• Alkuperästä ja käyttöhistoriasta riippuva vaihteleva koostumus

Nämä tekijät tekevät prosessin tehokkuudesta ja reaktorin suorituskyvystä erityisen tärkeitä. Juuri tässä ultraäänibiodieselreaktorit tarjoavat merkittäviä etuja.

 

Tässä opastusvideossa esittelemme tieteellisen perustan sille, miten ultraäänireaktorit parantavat biodieselin tuotantoa merkittävästi. Hielscher-ultraäänireaktorit ovat vakiinnuttaneet asemansa tehokkaana välineenä biodieselin tuotantoprosessin tehostamisessa. Tässä opastuksessa perehdymme niiden toimintaperiaatteeseen ja esittelemme erilaisia ultraäänilaitteistoja kaikkiin tuotantomittakaavoihin. Parantakaa biodieselin tuotantonne tehokkuutta ja kustannustehokkuutta sekä saavuttakaa suurempi saanto laadukasta biodieseliä nopealla konversiolla. Samalla ultraäänireaktorit mahdollistavat heikkolaatuisten öljyjen, kuten jätekasviöljyjen ja käytettyjen paistorasvojen, hyödyntämisen ja auttavat säästämään metanolia ja katalyyttiä, mikä edistää ympäristöystävällistä ja kestävää biodieselin valmistusta.

 

Miten ultraäänibiodieselreaktorit parantavat UCO:n muuntamista UCOME:ksi

Perinteisessä biodieselin tuotannossa käytetään usein mekaanista sekoitusta ja lämpöä öljyn, alkoholin ja katalyytin saattamiseksi kosketuksiin keskenään. Koska öljy ja metanoli eivät sekoitu hyvin, tavanomaisissa reaktoreissa voi esiintyä hitaita reaktionopeuksia, epätäydellistä konversiota, suurempaa kemikaalien kulutusta ja pidempiä viipymäaikoja.
Hielscherin ultraäänireaktorit käyttävät voimakasta ultraääntä kavitaation synnyttämiseen nesteessä. Kavitaatio tuottaa mikroskooppisia sekoittumisvyöhykkeitä, joissa leikkausvoimat ovat erittäin suuria. Tämä hajottaa metanolin hyvin pieniksi pisaroiksi öljyfaasin sisällä ja luo reaktiolle huomattavasti suuremman rajapinta-alan.

Tuloksena on huomattavasti tehostettu biodieselprosessi, jolla on merkittäviä etuja:

• Nopeampi vaihtoesteröinti ja esteröinti
• Parempi konversiotehokkuus
• Metanolin ja katalyytin parempi hyödyntäminen
• Lyhyempi reaktioaika
• Mahdollisuus jatkuvaan käsittelyyn virtauslinjassa
• Helppo skaalaus pilotista teolliseen tuotantoon

Kun UCO-raaka-aineiden FFA-pitoisuus on kohonnut, ultraääni on erityisen hyödyllinen, koska se tehostaa sekä happokatalysoitua esteröintiä että emäskatalysoitua vaihtoesteröintiä.

UCO:sta biodieseliksi: prosessin yleiskuvaus

Käytetyn ruokaöljyn muuntaminen biodieseliksi sisältää yleensä useita prosessivaiheita. Hielscherin ultraäänibiodieselreaktorit voidaan integroida yksi- tai kaksivaiheisiin prosesseihin raaka-aineen laadun mukaan.

Tyypillinen prosessi UCO:sta biodieseliksi sisältää:

• Käytetyn ruokaöljyn keräyksen ja varastoinnin
• Suodatuksen kiintoaineiden ja ruokahiukkasten poistamiseksi
• Kuivauksen tai vedenpoiston kosteuspitoisuuden alentamiseksi
• FFA-analyysin tarvittavan reaktioreitin määrittämiseksi
• Vapaiden rasvahappojen esteröinnin, kun FFA-pitoisuus on korkea
• Vaihtoesteröinnin metanolilla metyyliesterien muodostamiseksi
• Biodieselin ja glyserolin erotuksen
• Biodieselin pesun tai kuivapuhdistuksen
• Viimeistelypuhdistuksen polttoaineen laatuvaatimusten saavuttamiseksi

Kun FFA-pitoisuus on korkea, käytetään usein esteröintiesikäsittelyä vapaiden rasvahappojen muuntamiseksi estereiksi ennen varsinaista vaihtoesteröintivaihetta. Ultraäänikäsittely voi nopeuttaa molempia vaiheita ja parantaa koko laitoksen tuottavuutta. Lue lisää ultraääniavusteisesta kaksivaiheisesta biodieselkonversiosta!

Miksi Hielscherin ultraäänireaktorit soveltuvat hyvin UCOME-biodieselille

Hielscherin ultraäänireaktorit on suunniteltu teolliseen nesteiden käsittelyyn, ja ne ovat erityisen tehokkaita biodieselsovelluksissa, joissa nesteiden välinen sekoittuminen määrää reaktionopeuden. Pelkkään koko nestemassan sekoitukseen tukeutumisen sijaan ultraääni tuottaa voimakasta paikallista energiaa juuri siellä, missä sitä tarvitaan.
Tämä tarjoaa tuottajille useita käytännön etuja.

• Öljyn ja metanolin erinomainen sekoittuminen
  Yksi biodieselin tuotannon keskeisistä rajoitteista on öljyn ja metanolin heikko sekoittuvuus. Hielscherin ultraäänireaktorit tuottavat erittäin hienojakoisen emulsion, joka parantaa huomattavasti lähtöaineiden välistä kosketusta. Parempi kosketus merkitsee nopeampaa reaktiokinetiikkaa ja suurempaa konversiota.
• Hyvä suorituskyky vaikeilla raaka-aineilla
  UCO ei ole tasalaatuinen raaka-aine. Sen vesipitoisuus, FFA-pitoisuus ja epäpuhtauskuormitus voivat vaihdella erästä toiseen. Hielscherin reaktorit auttavat kompensoimaan näitä vaihteluita tehostamalla reaktioympäristöä, mikä tekee prosessista vakaamman ja mukautuvamman.
• Lyhyempi viipymäaika
  Koska ultraääni nopeuttaa esteröintiä ja vaihtoesteröintiä, tuottajat voivat usein saavuttaa tavoitekonversion lyhyemmässä ajassa kuin tavanomaisilla sekoitusjärjestelmillä. Tämä voi pienentää tarvittavaa reaktoritilavuutta ja lisätä käsittelykapasiteettia.
• Jatkuva toiminta virtauslinjassa
  Hielscherin ultraäänibiodieselreaktorit soveltuvat ihanteellisesti jatkuvaan käsittelyyn. Virtauslinjaan sijoitetut reaktorikokoonpanot tukevat vakaassa tilassa tapahtuvaa tuotantoa, jonka laatu on toistettava. Tämä on erittäin arvokasta kaupallisille biodiesellaitoksille.
• Suoraviivainen skaalaus
  Hielscherin teknologian merkittävä etu on lineaarinen skaalaus. Laboratorio- tai pilottikokeissa määritetyt prosessiparametrit voidaan siirtää suurempiin tuotantojärjestelmiin ennustettavammin. Tämä vähentää kehitysriskiä ja yksinkertaistaa laajennusten suunnittelua.
• Teollinen luotettavuus
  Hielscherin järjestelmät on suunniteltu vaativaan teollisuuskäyttöön. Biodieselin tuottajille tämä merkitsee luotettavaa reaktorin suorituskykyä, toistettavia tuloksia ja yhteensopivuutta automatisoitujen prosessilinjojen kanssa.
• Biodieselin tuotanto ASTM D6751:n ja EN 14214:n mukaisesti
  Kaupalliset biodieselin tuottajat tavoittelevat usein polttoaineen laatuvaatimuksia, kuten ASTM D6751:tä ja EN 14214:ää. Näissä standardeissa määritellään keskeiset ominaisuudet, kuten esteripitoisuus, viskositeetti, leimahduspiste, happoluku, vesipitoisuus, hapettumiskestävyys, epäpuhtauksien raja-arvot ja glyserolipitoisuudet.

 
Lue, miten ultraäänellä tuotettu biodiesel toimii dieselpolttomoottoreissa!

Hielscherin ultraäänibiodieselreaktoreita käytetään biodieselin tuotantoprosesseissa, jotka on suunniteltu saavuttamaan ASTM D6751:n ja EN 14214:n mukainen polttoaineen laatu. Vuonna 2020 julkaistussa tutkimuksessaan Bastante-Saez ja kollegat osoittivat, että kebabin jäterasvoista Hielscherin ultraäänireaktorilla tuotettu biodiesel antoi suuria rasvahappojen metyyliesterien (FAME) saantoja. FAME-saannot olivat suurempia (97,42% w/w kananrasvalle ja 96,98 naudan- ja lampaanrasvalle) kuin eurooppalaisen EN 14214 -säännöstön määrittämä vähimmäisraja (eli vähintään 96,5% w/w).

 

 

Pienimuotoinen biodieselin tuotanto maatiloille ja sähköverkon ulkopuolella toimiville käyttäjille

Joissakin maissa tai alueilla biodieseliä koskevat säännökset ovat vähäisiä tai niitä ei valvota pienten yksityisten käyttäjien osalta. Viljelijät ja laitteiden omistajat voivat tuottaa käytetystä ruokaöljystä pienempiä määriä biodieseliä paikalliseen käyttöön traktoreissa, generaattoreissa, lämmittimissä tai muissa dieselkäyttöisissä maatalouslaitteissa.
Näissä tapauksissa tavoitteena on usein polttoaineen korvaaminen käytännössä sertifioidun kaupallisen myynnin sijaan. Ultraäänibiodieselreaktorit voivat olla houkuttelevia myös tällaisessa hajautetussa tuotannossa, koska ne tarjoavat:

• Lyhyet reaktioajat
• Tehokkaan konversion kompakteilla laitteilla
• Hyvän soveltuvuuden vaihteleville jäteöljyraaka-aineille
• Vähäisemmän riippuvuuden suurista sekoitussäiliöistä
• Mahdollisuuden modulaarisiin käsittelykokoonpanoihin

Samalla on tärkeää todeta selvästi, että laatuvaatimukset alittava biodiesel ei välttämättä sovellu kaikkiin moottoreihin, ei välttämättä täytä paikallisia lakisääteisiä vaatimuksia ja voi aiheuttaa varastointiin, materiaalien yhteensopivuuteen, päästöihin tai moottorin takuuseen liittyviä ongelmia. Jos biodieselstandardeja on olemassa, polttoaine tulisi testata ja tuottaa niiden mukaisesti ennen käyttöä säännellyissä käyttökohteissa tai tieliikenneajoneuvoissa.

 

 

UCO:sta tapahtuvan ultraäänibiodieseltuotannon taloudelliset edut

Raaka-ainekustannus on yksi suurimmista biodieselin tuotannon talouteen vaikuttavista muuttujista. Koska käytetty ruokaöljy on yleensä puhdistettuja kasviöljyjä edullisempaa, se tarjoaa huomattavia mahdollisuuksia kustannussäästöihin. Nämä säästöt voidaan kuitenkin menettää, jos prosessi on hidas, kemiallisesti tehoton tai kykenemätön käsittelemään raaka-aineen vaihtelua.
Hielscherin ultraäänibiodieselreaktorit auttavat turvaamaan kannattavuutta parantamalla reaktion tehokkuutta ja laitoksen tuottavuutta. Mahdollisia taloudellisia etuja ovat:

• Edullisten UCO-raaka-aineiden parempi hyödyntäminen
• Suurempi käsittelykapasiteetti
• Lyhyempi reaktioaika
• Pienempi sekoitukseen liittyvä energiantarve verrattuna tilanteisiin, joissa koko nestemassan sekoitus on tehotonta
• Prosessin parempi tasaisuus
• Helpompi integrointi jatkuviin tuotantolinjoihin

Tuottajille, jotka pyrkivät kasvattamaan jäteöljypohjaisen biodieselin tuotantoa, tämä raaka-ainejoustavuuden ja prosessin tehostamisen yhdistelmä voi olla erittäin arvokas.

Muunna UCO tehokkaasti UCOME-biodieseliksi Hielscherin ultraäänireaktoreilla!

Käytetyn ruokaöljyn muuntaminen UCOME:ksi on järkevä tapa tuottaa jätteestä uusiutuvaa polttoainetta ja samalla parantaa kestävyyttä sekä alentaa raaka-ainekustannuksia. Koska UCO:n käsittely on usein vaikeampaa kuin neitseellisten öljyjen, reaktoriteknologialla on ratkaiseva merkitys tehokkaan ja luotettavan biodieseltuotannon saavuttamisessa.
Hielscherin ultraäänibiodieselreaktorit tehostavat öljyn ja metanolin välistä reaktiota kavitaation aikaansaaman sekoittumisen ja aineensiirron avulla. Tämä mahdollistaa nopeamman esteröinnin ja vaihtoesteröinnin, vaihtelevien UCO-raaka-aineiden paremman käsittelyn sekä skaalautuvan biodieselin tuotannon virtauslinjassa.
Kaupalliset tuottajat käyttävät Hielscherin ultraäänijärjestelmiä biodieselprosesseissa, jotka on suunniteltu tuottamaan ASTM D6751:n ja EN 14214:n mukaista polttoainetta. Viljelijöille ja pienkäyttäjille maissa, joissa ei ole biodieselsäännöksiä, ultraäänireaktorit voivat myös tukea pienempien biodieselmäärien tuotantoa kompakteilla laitteilla paikallisten laitteiden käyttöön. Tällöin on huomioitava, että laatuvaatimukset alittavaa polttoainetta tulisi käyttää varovaisesti ja paikallisten vaatimusten sekä moottorin yhteensopivuuden mukaisesti.
Jos tavoitteenasi on tehokas tuotanto UCO:sta UCOME:ksi, Hielscherin ultraäänibiodieselreaktorit tarjoavat tehokkaan ja skaalautuvan teknologia-alustan nykyaikaiseen biodieselin valmistukseen.

Alla oleva taulukko antaa käsityksen Hielscherin ultraäänibiodieselreaktorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Tilavuusvirta	Teho
20 – 100L/hr	1kW
80 – 400L/hr	4x1kW
0,3 – 1,5m³/hr	4x4kW
2 – 10m³/hr	6x16kW
20 – 100m³/hr	62x16kW

Miksi Hielscher on vahva valinta biodieselin tuottajille?

Hielscher tunnetaan teollisesta ultraääniteknologiasta, joka on suunniteltu todellisiin prosessisovelluksiin. Biodieselin tuotannossa Hielscherin ultraäänireaktorit tarjoavat käytännöllisen tavan tehostaa UCO:n konversiota, parantaa metanolin ja öljyn sekoittumista sekä tukea biodieselin tehokasta tuotantoa jäteöljyistä ja rasvoista.

Keskeisiä syitä, joiden vuoksi tuottajat valitsevat Hielscherin, ovat:

• Todennettu ultraääniosaaminen
• Virtauslinjaan suunnitellut reaktorit jatkuvaan biodieselin käsittelyyn
• Soveltuvuus esteröintiin ja vaihtoesteröintiin
• Vahva skaalauspolku laboratoriosta tuotantoon
• Kestävät laitteet teollisuusympäristöihin
• Haastavien raaka-aineiden, kuten käytetyn ruokaöljyn, tehokas käsittely

Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Saksassa valmistettua laatua

Hielscherin ultraäänilaitteet tunnetaan korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscherin ultraäänilaitteet selviytyvät helposti ankarista olosuhteista ja vaativista ympäristöistä.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti tehokkaita ultraäänilaitteita, joissa yhdistyvät huipputeknologia ja käyttäjäystävällisyys. Hielscherin ultraäänilaitteet ovat tietenkin CE-vaatimusten mukaisia ja täyttävät UL:n, CSA:n ja RoHs:n vaatimukset.

---

---

Kirjallisuus / lähteet

• 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.
• M. Maghami, S.M. Sadrameli, B. Ghobadian (2015): Production of biodiesel from fishmeal plant waste oil using ultrasonic and conventional methods. Applied Thermal Engineering, Volume 75,
  2015. 575-579.
• Veera Gnaneswar Gude, Georgene Elizabeth Grant (2013): Biodiesel from waste cooking oils via direct sonication. Applied Energy, Volume 109, 2013. 135-144.
• Medeiros, Eliane; Vieira, Bruno; Pereira, Cláudio; Nadaleti, Willian; Quadro, Maurizio; Andreazza, Robson (2019): Production of biodiesel using oil obtained from fish processing residue by conventional methods assisted by ultrasonic waves: Heating and stirring. Renewable Energy 2019.
• 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.
• Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).