Améliorer l’efficacité de la production de bioénergie grâce aux ultrasons de puissance

L’application d’ultrasons de haute intensité (sonication) à la production d’énergie renouvelable représente une avancée significative en matière d’efficacité des procédés. En exploitant la cavitation acoustique, la technologie ultrasonore améliore le transfert de matière, désintègre les structures cellulaires et accélère les réactions chimiques dans différentes filières de production de biocarburants, notamment le biodiesel, le bioéthanol et le biogaz.
La demande de carburants renouvelables augmente à mesure que les prix du pétrole atteignent de nouveaux sommets. L’application de la technologie ultrasonore à la production de carburants verts, tels que le biodiesel, le bioéthanol et le biogaz, améliore l’efficacité technique et économique.

Biodiesel à partir d’huiles végétales usagées et de graisses animales

Le biodiesel est un carburant renouvelable qui peut être utilisé dans les moteurs diesel comme alternative au gazole issu du pétrole. Le biodiesel est produit par transestérification à partir de matières premières telles que les huiles végétales, les graisses animales ou d’autres matières grasses. Les matières premières les plus courantes sont les huiles de soja, de colza ou d’algues. La fabrication du biodiesel implique une réaction catalytique avec un alcool (méthanol ou éthanol). Le mélange par ultrasons de l’huile ou des graisses avec l’alcool améliore considérablement la vitesse et le rendement de la réaction. Cela réduit les coûts d’investissement et d’exploitation.

• Transestérification accélérée : L’irradiation ultrasonore réduit considérablement le temps de réaction pour la production de biodiesel, le faisant souvent passer de plusieurs heures à moins de cinq minutes.
• Séparation améliorée : Cette technologie améliore la séparation de la glycérine et du biodiesel, réduisant les temps de décantation de plusieurs heures à moins de 15 minutes.
• Rendements plus élevés : Le traitement par ultrasons peut favoriser des rendements en biodiesel supérieurs à 99% en assurant un mélange homogène des réactifs.

Cliquez ici pour en savoir plus sur les réacteurs de mélange à ultrasons pour le biodiesel !

Bioéthanol à partir d’amidon et de sucre

Le bioéthanol est utilisé comme alternative verte à l’essence. Il est produit par fermentation à partir de maïs, de blé, de pommes de terre, de canne à sucre, de riz et d’autres céréales. Des levures sont utilisées pour transformer par fermentation l’amidon et les sucres présents dans ces cultures en éthanol. La désintégration par ultrasons des structures cellulaires et l’extraction de la matière intracellulaire réduisent la taille des particules et exposent une surface beaucoup plus grande aux enzymes pendant la liquéfaction. Cela améliore la biodisponibilité de l’amidon et du sucre et permet une fermentation plus rapide et plus complète, conduisant à une production accrue d’éthanol.
La production de bioéthanol repose largement sur la dégradation efficace de la biomasse lignocellulosique pour libérer des sucres fermentescibles. Les ultrasons facilitent ce processus de plusieurs façons :

• Hydrolyse améliorée : Le prétraitement par ultrasons facilite la désintégration des particules végétales et améliore la libération du glucose à partir de la suspension de maïs dans les usines de production d’éthanol utilisant le broyage à sec.
• Fermentation stimulée : Il a été démontré que les ultrasons stimulent la production d’éthanol pendant la saccharification et la fermentation simultanées (SSF) de matières telles que des mélanges de déchets de papier de bureau.
• Efficacité de l’extraction : Les ultrasons de forte puissance permettent d’extraire efficacement des composants actifs tels que le xylane et l’hétéroxylane à partir des rafles et des enveloppes de maïs, ainsi que d’améliorer l’extraction de l’huile de soja, ce qui soutient des chaînes de production biosourcées plus larges.

Cliquez ici pour en savoir plus sur la désintégration cellulaire et l’ extraction!

Biogaz à partir de déchets et de boues

Les déchets organiques municipaux, les boues d’épuration, le lisier et le fumier constituent des sources de biogaz. Le traitement de ces matières dans des digesteurs aérobies ou anaérobies transforme la matière organique en biogaz. La désintégration de la matière organique par ultrasons avant la digestion modifie la structure de la matière et libère et active les enzymes. Cela améliore la digestion de la matière organique, permettant un traitement plus rapide, une production accrue de gaz et une quantité moindre de boues résiduelles. Cela augmente à son tour la capacité des digesteurs existants et réduit les coûts d’élimination.

Dans la digestion anaérobie, le prétraitement par ultrasons est utilisé pour désintégrer la biomasse (telle que les boues activées excédentaires) afin de rendre la matière organique plus accessible aux bactéries.

• Rendement en biogaz accru : La sonication s’est révélée efficace pour augmenter la production cumulée de biogaz. Des études ont rapporté des augmentations de la production de biogaz allant de 26% à 36% par rapport aux boues non traitées.
• Réduction améliorée des matières solides : Le traitement par ultrasons améliore la destruction des matières solides volatiles (VS). Par exemple, le taux de destruction des VS peut passer de 30% à 35%, voire davantage (jusqu’à 39%), selon la charge organique et l’apport d’énergie.
• Intégration au traitement des eaux usées : Les biosolides issus des stations d’épuration des eaux usées urbaines et industrielles, ainsi que ceux provenant des installations de production de biogaz elles-mêmes, peuvent être traités efficacement à l’aide de réacteurs à ultrasons afin d’optimiser le processus de stabilisation et de récupération d’énergie.

Cliquez ici pour en savoir plus sur la désintégration des boues par ultrasons!

La désintégration par ultrasons des déjections animales avant la digestion anaérobie améliore les rendements en biogaz.

Bilan énergétique des ultrasons

Les procédés mentionnés ci-dessus ne nécessitent pas beaucoup d’énergie ultrasonore. En général, le surplus d’énergie obtenu grâce à la sonication compense l’énergie utilisée pour générer les ultrasons. Les appareils à ultrasons Hielscher ont un rendement global supérieur à 85%. Cela signifie que plus de 85% de l’énergie électrique est convertie en énergie mécanique et transmise au liquide sous cette forme. Le besoin énergétique réel d’un procédé peut être déterminé à petite échelle à l’aide d’un processeur à ultrasons de 1kW sur paillasse. Tous les résultats de ces essais sur paillasse peuvent facilement être transposés à une plus grande échelle. Hielscher fournit des équipements industriels de traitement par ultrasons dans le monde entier. Avec des homogénéisateurs à ultrasons industriels d’une puissance allant jusqu’à 16kW par sonicateur, il n’y a aucune limite à la taille des installations ni à leur capacité de traitement.