הפיכת שמן בישול משומש לביודיזל אמין למנועי דיזל

שמן בישול משומש הוא אחד מחומרי הגלם האטרקטיביים ביותר לייצור ביודיזל הזמינים כיום. עלותו נמוכה, הוא זמין בהיקף נרחב והוא מסייע בפתרון בעיית סילוק פסולת. עם זאת, הוא גם מציב אתגר עיבוד מוכר היטב: קשה יותר להמיר ביעילות חומרי גלם באיכות נמוכה, כגון שמנים צמחיים משומשים, שמני בישול משומשים, שומני טיגון, שומנים מן החי, חלב מן החי או שמני דגים, בהשוואה לשמנים בתוליים מזוקקים.

מחקר שנערך לאחרונה על טרנסאסטריפיקציה בסיוע אולטרסאונד מראה כיצד ניתן להתגבר על בעיה זו באמצעות ערבוב אולטרסוני. החוקרים מיטבו את ייצור הביודיזל משמן בישול משומש (WCO), ולאחר מכן בדקו את הביודיזל שהתקבל ואת תערובות הביודיזל והדיזל במנוע דיזל. ממצאיהם תומכים בשתי מסקנות חשובות: ראשית, סוניקציה מאפשרת המרה מהירה ובתפוקה גבוהה גם של חומרי גלם קשים לעיבוד; שנית, ניתן להשתמש בתערובות הביודיזל והדיזל המתקבלות במנועי דיזל ללא שינויים, עם ביצועים הקרובים לאלה של דיזל ועם שיפור בפליטות.

מוכנים להפוך שמנים משומשים בעלות נמוכה לביודיזל בעל ערך גבוה?

הריאקטורים האולטרסוניים של Hielscher לייצור ביודיזל מסייעים ליצרנים להמיר חומרי גלם קשים לעיבוד, כגון שמן בישול משומש, שומני טיגון, חלב מן החי ושמן דגים, עם קצבי תגובה מהירים יותר, זמני שהייה קצרים יותר ויעילות תהליך משופרת. צרו איתנו קשר כעת כדי לדון בחומר הגלם שלכם, בכושר הייצור הרצוי ובתצורת הריאקטור לייצור אולטרסוני רציף של ביודיזל.

מדוע חומרי גלם באיכות נמוכה מקשים על ייצור ביודיזל

חומרי גלם בעלות נמוכה לייצור ביודיזל הם אטרקטיביים משום שעלות חומרי הגלם היא הגורם הדומיננטי בכדאיות הכלכלית של הייצור. מחקר שפרסמו Belal ועמיתיו בשנת 2025 מדגים כי ניתן להמיר ביעילות שמני בישול ושומנים משומשים לביודיזל באמצעות ערבוב אולטרסוני. לאחר מכן נעשה שימוש מוצלח בביודיזל שיוצר באולטרסאונד במנועי דיזל.
אף שהשימוש בשמנים משומשים מונע את סוגיית התחרות בין מזון לדלק הכרוכה בשימוש בשמנים אכילים, האתגר הוא שחומרי גלם באיכות נמוכה משתנים יותר בהרכבם וקשים יותר לעיבוד. בטרנסאסטריפיקציה קונבנציונלית, פאזות האלכוהול והשמן אינן מתערבבות זו בזו, ולכן יעילות התגובה תלויה במידה רבה ביכולתה של המערכת להתגבר על מגבלות מעבר המסה. בשמנים ושומנים שעברו התדרדרות באיכותם או שאיכותם נמוכה, מגבלות אלה נעשות חמורות יותר, ולעיתים קרובות מובילות להמרה איטית יותר, לזמני שהייה ארוכים יותר, להפרדת פאזות קשה יותר וליעילות נמוכה יותר של העיבוד הכולל. כאן מתגלה הערבוב האולטרסוני כגורם המשנה באופן מהותי את כללי המשחק.

מדוע סוניקציה מאפשרת שימוש בחומרי גלם באיכות נמוכה

סוניקציה מאפשרת לעבד ביעילות רבה יותר חומרי גלם באיכות נמוכה, כגון שמנים צמחיים משומשים, שמני בישול משומשים, שומני טיגון, חלב בקר או שמני דגים, משום שקוויטציה אולטרסונית כופה מגע טוב בהרבה בין פאזות השמן והאלכוהול שאינן מתערבבות זו בזו, ומשפרת במידה רבה את הערבוב וכן את מעבר החום והמסה. יתרה מכך, לערבוב אולטרסוני יש השפעות פיזיקליות וכימיות כאחד: קוויטציה אולטרסונית מעצימה את סביבת התגובה ויכולה לעודד היווצרות רדיקלים בעלי תגובתיות גבוהה, המאיצים עוד יותר את קינטיקת התגובה ותומכים בטרנסאסטריפיקציה מהירה ומלאה יותר.
זו בדיוק הסיבה שסוניקציה כה מועילה לחומרי גלם באיכות נמוכה יותר. היא מפצה על המגבלות שבדרך כלל מקשות על עיבוד חומרי גלם אלה במערכות קונבנציונליות.

מה הושג במחקר באמצעות סוניקציה

במקום להתמקד במערך המעבדתי הקטן, התוצאה המרכזית עבור יצרני ביודיזל תעשייתיים היא הגברת יעילות התהליך שהושגה באמצעות סוניקציה. בתנאים אולטרסוניים מיטביים, המחקר של Belal ועמיתיו (2025) השיג נצולת ביודיזל של 96.65%. בהשוואה לתהליך הקונבנציונלי ששימש את המחברים כנקודת ייחוס, טרנסאסטריפיקציה בסיוע אולטרסאונד קיצרה את זמן התגובה מ-90 דקות ל-6 דקות ואת זמן ההפרדה בין ביודיזל לגליצרול מ-720 דקות ל-30 דקות.
אלו תוצאות בעלות חשיבות רבה לייצור תעשייתי של ביודיזל, משום שהן מראות שסוניקציה אינה מסתפקת בשיפור קל של הערבוב – היא מאיצה באופן מהותי את ההמרה ואת ההפרדה בהמשך התהליך.
 

השיטה האולטרסונית מגיעה להמרה של כ-75% בתוך 1.5 הדקות הראשונות ומתייצבת על המרה של כ-90% לאחר 6 דקות.
השיטה הקונבנציונלית מציגה קצב המרה איטי בהרבה, ומגיעה להמרה של כ-40% בלבד לאחר 8 דקות.
מחקר וגרף: ©Fayyyazi et al. 2014

כיצד ממצאים אלה מתבטאים בעיבוד ביודיזל בזרימה רציפה באמצעות מערכות Hielscher

ביישום תעשייתי, ממצאים אלה מתבטאים ישירות ביתרונות של עיבוד ביודיזל אולטרסוני בזרימה רציפה באמצעות מכשירי סוניקציה וריאקטורים תעשייתיים של Hielscher. אותו מנגנון קוויטציה שהודגם במחקר – ערבוב מוגבר, מגע משופר בממשק בין הפאזות, מעבר חום ומסה מהיר יותר וקינטיקת תגובה מואצת – הוא בדיוק המנגנון שמניע את הביצועים בריאקטורים אולטרסוניים המותקנים בקו התהליך.
בהפעלה רציפה, שמן, אלכוהול וזרז נשאבים דרך אזור הריאקטור האולטרסוני, שבו קוויטציה בעוצמה גבוהה מפזרת את הפאזות וגורמת להן להגיב זו עם זו ברציפות. כך מתאפשרים זמני שהייה קצרים יותר, המרה מהירה יותר, עיבוד יציב יותר של חומרי גלם זולים בעלי מאפיינים משתנים והפרדה מהירה יותר בהמשך התהליך. עבור יצרנים תעשייתיים המשתמשים בשמן בישול משומש (WCO), בשומני טיגון משומשים, בחֵלֶב מן החי או בשמן דגים, המסקנה המרכזית ברורה: סוניקציה הופכת חומרי גלם קשים לעיבוד לאטרקטיביים יותר מבחינה מסחרית באמצעות השגת המרה טובה יותר בפחות זמן.

סוניקציה משפרת את איכות הדלק

נקודה קריטית היא ששמני פסולת גולמיים אינם מתאימים לשמש כדלק למנועים. האנליזה התרמוגרבימטרית במחקר השוותה בין סולר, שמן בישול משומש (WCO) גולמי, ביודיזל שיוצר בשיטה קונבנציונלית וביודיזל שיוצר באמצעות ערבוב אולטרסוני. המחברים מצאו כי התנהגות האידוי של WCO גולמי הייתה הגרועה ביותר, ואילו ביודיזל שיוצר באולטרסאונד הציג התנהגות אידוי משופרת בהשוואה ל-WCO גולמי ואף בהשוואה לביודיזל שיוצר באמצעות טרנסאסטריפיקציה מסורתית.
יש לכך חשיבות משום שאידוי לקוי וריסוס לקוי הם בין הסיבות העיקריות לכך ששמני פסולת שלא טופלו עלולים לגרום להתלכלכות מזרקים, לבעירה בלתי שלמה ולהצטברות משקעים. המחקר מציין כי WCO גולמי הכיל אוליגומרים בלתי מסיסים שעלולים לפגוע במנוע באמצעות סתימת מערכת ההזרקה, בעוד שטרנסאסטריפיקציה תקינה משפרת במידה ניכרת את התנהגות הדלק.

האם ניתן להשתמש בתערובות ביודיזל וסולר במנועי דיזל ללא בעיות?

המחקר של Belal ועמיתיו (2025) מראה כי אכן ניתן להשתמש בביודיזל שיוצר באולטרסאונד במנועי דיזל סטנדרטיים ללא בעיות. החוקרים בדקו את התערובות B10, B20, B30, B40 ו-B100 במנוע דיזל במהירות סיבוב קבועה ובעומס משתנה. מסקנתם הייתה שניתן להחליף סולר בביודיזל המופק משמן בישול משומש (WCO) או בתערובות ביודיזל וסולר ללא שינוי במנוע, וכי B40 היא התערובת המומלצת משום ששילבה ביצועי מנוע דומים עם שיפור ברור בפליטות.
גם אם לא כל מדד זהה לזה של סולר ממקור מאובני, התערובות נותרות מתאימות לחלוטין לשימוש בהפעלה רגילה של מנועי דיזל, בעוד שההבדלים בביצועים קטנים והיתרונות מבחינת הפליטות משמעותיים.
 

תערובות ביודיזל/סולר שונות בעומסי מנוע של 10–100%. – משמאל: השתנות BSFC / מימין: השתנות BTE עם תערובות ביודיזל/סולר שונות בעומסי מנוע של 10–100%
מחקר וגרפים: ©Belal et al., 2025

ביצועי מנוע: קרובים לאלה של סולר, עם פשרות קלות

המחקר מצא שתערובות ביודיזל סיפקו ביצועי מנוע דומים לאלה של סולר, עם עלייה קלה בצריכת הדלק הסגולית האפקטיבית וירידה קטנה בנצילות התרמית האפקטיבית.
שינויים אלה צפויים. התכונות שנמדדו הראו שלביודיזל משמן בישול משומש (WCO) היו צפיפות וצמיגות גבוהות יותר וערך היסק נמוך יותר מאשר לסולר, אף שמספר הצטאן היה זהה במחקר זה. פירוש הדבר הוא שייתכן שתידרש כמות דלק גדולה מעט יותר להפקת אותו הספק, אך המנוע עדיין פועל כרגיל עם התערובות.
מבחינה מעשית, ממצאים אלה תומכים בטענה שתערובות ביודיזל מתאימות לתפעול במנועי דיזל גם כשהן מיוצרות מחומרי גלם באיכות ירודה, כגון שמן בישול משומש.

פליטות: יתרונות ניכרים מהוספת ביודיזל לתערובת הדלק

בתוצאות מדידות הפליטות התגלו יתרונותיו הבולטים ביותר של הביודיזל.

בעומס מלא, B100 הביא להפחתות הגדולות ביותר ב:

• CO: ירידה של 42.9%
• פחמימנים שלא נשרפו: ירידה של 29.9%
• אטימות העשן: ירידה של 42.1%

בהשוואה לסולר טהור.
המחקר מייחס יתרונות אלה לתכולת החמצן הגבוהה יותר ולתכולת הפחמן הנמוכה יותר של הביודיזל, המעודדות בעירה מלאה יותר ומפחיתות היווצרות פיח.

מה משמעות הדבר עבור יצרני ביודיזל

חומרי גלם באיכות ירודה אטרקטיביים מבחינה כלכלית, אך קשה יותר לעבד אותם בטכנולוגיה קונבנציונלית. סוניקציה משנה את המשוואה הזאת באמצעות התגברות על מחסום מעבר המסה בין השמן לאלכוהול והאצה דרמטית של ההמרה. במחקר, משמעות הדבר הייתה תפוקת ביודיזל של 96.65%, קיצור זמן התגובה מ-90 דקות ל-6 דקות וקיצור זמן ההפרדה מ-12 שעות ל-30 דקות.
במערכות תעשייתיות רציפות לייצור ביודיזל, הדבר מתבטא ביתרונות המרכזיים של העיבוד האולטרסוני של Hielscher: תפוקה גבוהה יותר, זמן שהייה קצר יותר, עמידות משופרת בפני שונות בחומרי הגלם וייצור יעיל יותר משמנים ושומנים בעלות נמוכה.
 

כור אולטרסוני UIP1000hdT להמרה משופרת של שמנים ושומנים משומשים לביודיזל.

מכשירי סוניקציה של Hielscher לייצור ביודיזל משמן בישול משומש (WCO)

המחקר מראה מדוע מכשירי הסוניקציה של Hielscher הם כלי רב עוצמה כל כך לייצור ביודיזל מחומרי גלם באיכות ירודה. קוויטציה אולטרסונית מגבירה את הטרנסאסטריפיקציה באמצעות שיפור הערבוב, מעבר החום, מעבר המסה וקינטיקת התגובה, ומאפשרת להמיר במהירות וביעילות חומרי גלם קשים לעיבוד, כגון שמני בישול משומשים ושמנים ושומנים אחרים שעברו תהליכי פירוק. בתנאים מיטביים, המחקר השיג תפוקת ביודיזל של 96.65% בתוך 6 דקות בלבד, עם הפרדת גליצרול מהירה באופן דרמטי בהשוואה לעיבוד קונבנציונלי.
חשוב לא פחות, הביודיזל שהתקבל היה מעשי לשימוש במנועים. תערובות ביודיזל וסולר הציגו ביצועים קרובים לאלה של סולר קונבנציונלי, תוך הפחתה משמעותית של CO, פחמימנים שלא נשרפו ועשן. תערובת B40 המומלצת שילבה ביצועים מכניים דומים עם מאפייני הפליטות המאוזנים ביותר, וניתן היה להשתמש בה ללא שינוי במנוע.
מכשירי הסוניקציה של Hielscher אינם רק מאיצים את ייצור הביודיזל – הם מאפשרים עיבוד רציף ויעיל של חומרי גלם זולים ובאיכות ירודה, והופכים שמנים ושומנים משומשים לדלק מעשי ומוכן לשימוש במנועים.

הטבלה שלהלן נותנת מושג לגבי כושר העיבוד המשוער של כורי הביודיזל האולטרסוניים של Hielscher:

השלכות כלכליות וסביבתיות של השימוש במערבלים האולטרסוניים של Hielscher לייצור ביודיזל

המודל הטכנו-כלכלי של Gholami ועמיתיו (2021) הדגים:

• הפחתה של כ-21% בעלות ההשקעה הכוללת,
• הפחתה של כ-5% בעלות המוצר לטונה,
• צמצום כמות הפסולת הנוצרת לחמישית מזו הנוצרת בערבוב מכני,
• שיפור בשיעור התשואה הפנימי (IRR) ל-18.3% עם ערך נוכחי נקי (NPV) חיובי, בעוד שהתהליך הקונבנציונלי נותר בלתי כדאי מבחינה כלכלית.

מבחינה סביבתית, הפחתת עודף המתנול מפחיתה ישירות פליטות של תרכובות אורגניות נדיפות ומקטינה את צריכת האנרגיה התרמית, ובכך מתאימה את ייצור הביודיזל האולטרסוני ליעדי ייצור ירוק.

סקירת היתרונות של הכור האולטרסוני לייצור ביודיזל

(תוצאות המחקר ההשוואתי, ראו Gholami ואח׳, 2021)

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

המכשירים האולטרסוניים של Hielscher ידועים בסטנדרטים הגבוהים ביותר של איכות ותכנון. עמידות וקלות תפעול מאפשרות שילוב חלק של המכשירים האולטרסוניים שלנו במתקנים תעשייתיים. המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מתמודדים בקלות עם תנאים קשים וסביבות תובעניות.

Hielscher Ultrasonics היא חברה בעלת הסמכת ISO ושמה דגש מיוחד על מכשירים אולטרסוניים עתירי ביצועים המשלבים טכנולוגיה מתקדמת ביותר וידידותיות למשתמש. כמובן, המכשירים האולטרסוניים של Hielscher תואמים לדרישות CE ועומדים בדרישות UL, CSA ו-RoHs.

ספרות / מקורות

• Belal, B. Y.; Li, G.; Zhang, Z.; Liang, J.; Zhou, M.; Masoud, S. M.; Attia, A. M. A.; El-Zoheiry, R. M.; El-Seesy, A. I. (2025): Optimizing waste cooking biodiesel production using ultrasonic-assisted and studying its combustion characteristics blended with diesel in diesel engine. Environmental science and pollution research international, 32(11), 2025. 6984–7001.
• 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.
• 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.
• Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
• Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
• Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
• 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.