הפיכת שמן בישול משומש לביודיזל אמין למנועי דיזל

שמן בישול משומש הוא אחד מחומרי הגלם האטרקטיביים ביותר לייצור ביודיזל הקיימים כיום. הוא זול, נגיש בכל מקום, ומסייע בפתרון בעיית סילוק הפסולת. עם זאת, הוא מציב גם אתגר ידוע בתהליך העיבוד: חומרי גלם נחותים כגון שמנים צמחיים משומשים, שמני בישול משומשים, שומני טיגון, שומנים מן החי, חלבון או שמני דגים, קשים יותר להמרה יעילה מאשר שמנים בתוליים מזוקקים.

מחקר שנערך לאחרונה בנושא טרנסאסטריפיקציה בסיוע אולטרסאונד מראה כיצד ניתן להתגבר על בעיה זו באמצעות ערבוב אולטראסוני. החוקרים ביצעו אופטימיזציה של ייצור הביודיזל משמן בישול משומש (WCO) ולאחר מכן בדקו את הביודיזל שהתקבל ואת תערובות הביודיזל-דיזל במנוע דיזל. ממצאיהם תומכים בשתי מסקנות חשובות: ראשית, סוניקציה מאפשרת המרה מהירה ובעלת תפוקה גבוהה אפילו עבור חומרי גלם קשים; שנית, תערובות הביודיזל-דיזל שהתקבלו ניתנות לשימוש במנועי דיזל ללא שינוי, עם ביצועים הקרובים לאלה של דיזל ופליטות משופרות.

מוכנים להפוך שמנים משומשים זולים לביודיזל בעל ערך גבוה?

כורים אולטראסוניים לייצור ביודיזל של Hielscher מסייעים ליצרנים להמיר חומרי גלם קשים כגון שמן בישול משומש, שומני טיגון, שומן בקר ושמן דגים, תוך השגת קצב תגובה מהיר יותר, זמן שהייה קצר יותר ויעילות תהליך משופרת. צרו איתנו קשר עוד היום כדי לדון בחומר הגלם שלכם, בכושר הייצור הרצוי ובהגדרת הכור לייצור רציף של ביודיזל באמצעות אולטראסאונד.

מדוע חומרי גלם נחותים מהווים אתגר בייצור ביודיזל

חומרי גלם זולים לייצור ביודיזל הם אטרקטיביים משום שעלות חומרי הגלם היא הגורם המכריע בכלכלת הייצור. מחקר שפורסם בשנת 2025 על ידי בלל ועמיתיו מראה כי ניתן להמיר ביעילות שמני בישול ושומנים משומשים לביודיזל באמצעות ערבוב קולי. בהמשך, הביודיזל שיוצר בשיטה הקולית שימש בהצלחה במנועי דיזל.
אמנם השימוש בשמנים משומשים פותר את הדילמה בין מזון לדלק הקשורה לשמנים אכילים, אך האתגר טמון בכך שחומרי גלם נחותים הם בעלי תכונות משתנות יותר וקשים יותר לעיבוד. בתהליך טרנסאסטריפיקציה קונבנציונלי, שלבי האלכוהול והשמן אינם ניתנים לערבוב, ולכן יעילות התגובה תלויה במידה רבה ביכולת המערכת להתגבר על מגבלות העברת המסה. עם שמנים ושומנים מפורקים או באיכות נמוכה, מגבלות אלו מחמירות, מה שמוביל לעיתים קרובות להמרה איטית יותר, לזמני שהייה ארוכים יותר, להפרדת שלבים קשה יותר ולעיבוד כללי פחות יעיל. זהו המקום שבו הערבוב הקולי מתגלה כמשנה משחק אמיתי.

מדוע השימוש באולטרסאונד מאפשר שימוש בחומרי גלם נחותים

השימוש באולטרסאונד מאפשר לעבד חומרי גלם נחותים כגון שמנים צמחיים משומשים, שמני בישול משומשים, שומני טיגון, שומן בקר או שמני דגים בצורה יעילה יותר, שכן הקוויטציה האולטרסונית יוצרת מגע טוב בהרבה בין שלבי השמן והאלכוהול שאינם מתערבבים, ובכך משפרת באופן משמעותי את הערבוב ואת העברת החום והמסה. יתרה מכך, לערבוב באמצעות אולטרסאונד יש השפעות פיזיקליות וכימיות כאחד: הקוויטציה האולטראסונית מעצימה את סביבת התגובה ויכולה לקדם רדיקלים בעלי תגובתיות גבוהה, מה שמאיץ עוד יותר את קינטיקת התגובה ותומך באסטריפיקציה מהירה ושלמה יותר.
זו בדיוק הסיבה שבגללה השימוש באולטרסאונד הוא כה חשוב עבור חומרי גלם באיכות נמוכה. הוא מפצה על המגבלות שבדרך כלל מקשות על השימוש בחומרי גלם אלה במערכות קונבנציונליות.

מה השיגה המחקר באמצעות טיפול בקול

במקום להתמקד במערך המעבדה הקטן, התוצאה המרכזית עבור יצרני ביודיזל תעשייתיים היא העצמת התהליך המושגת באמצעות טיפול קולי. בתנאי אולטרה-סאונד מיטביים, המחקר של Belal et al. (2025) הגיע לתפוקת ביודיזל של 96.65%. בהשוואה למחברים’ בהשוואה לסטנדרט המקובל, תהליך הטרנסאסטריפיקציה בסיוע אולטרסאונד קיצר את משך התגובה מ-90 דקות ל-6 דקות, וכן את משך ההפרדה בין הביודיזל לגליצרול מ-720 דקות ל-30 דקות.
תוצאות אלו רלוונטיות ביותר לייצור ביודיזל תעשייתי, שכן הן מראות שהשימוש באולטרסאונד אינו רק משפר את הערבוב במעט – זה מאיץ באופן משמעותי את תהליך ההמרה וההפרדה בהמשך.
 

השיטה האולטראסונית 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 ותרשים: ©Fayyyazi et al. 2014

כיצד הדבר מתורגם לתהליך עיבוד ביודיזל רציף בשיטת הזרימה הרציפה של Hielscher

במסגרת יישום תעשייתי, ממצאים אלה מתורגמים באופן ישיר ליתרונות של עיבוד ביו-דיזל באמצעות אולטרסאונד בזרימה רציפה, תוך שימוש במכשירים אולטראסוניים ובכורים תעשייתיים של חברת Hielscher. אותו מנגנון קוויטציה שהודגם במחקר – ערבוב מוגבר, מגע משופר בין המשטחים, העברת חום וחומר מהירה יותר, וקינטיקה של התגובה מואצת – זה בדיוק מה שמניע את הביצועים במתקני תגובה אולטראסוניים מובנים.
במהלך פעולה רציפה, שמן, אלכוהול וזרז מוזרמים דרך אזור הכור האולטראסוני, שם קוויטציה בעוצמה גבוהה מפזרת ומגיבה את המרכיבים באופן רציף. הדבר מאפשר זמני שהייה קצרים יותר, המרה מהירה יותר, טיפול יעיל יותר בחומרי גלם משתנים וזולים, והפרדה מהירה יותר בשלבים הבאים בתהליך. עבור יצרנים תעשייתיים העובדים עם WCO, שומני טיגון משומשים, חלב או שמן דגים, המסקנה המרכזית ברורה: סוניקציה הופכת חומרי גלם קשים לאטרקטיביים יותר מבחינה מסחרית על ידי מתן המרה טובה יותר בפחות זמן.

שימוש באולטרסאונד משפר את איכות הדלק

נקודה חשובה היא ששמני פסולת גולמיים אינם מתאימים לשמש כדלק למנועים. הניתוח התרמוגרבימטרי שנערך במחקר השווה בין דיזל, שמן פסולת גולמי (WCO), ביודיזל המיוצר בשיטה קונבנציונלית, וביודיזל המיוצר באמצעות ערבוב קולי. החוקרים מצאו כי לשמן הפסולת הגולמי (WCO) היו תכונות האידוי הגרועות ביותר, בעוד שהביודיזל המיוצר בשיטה הקולית הפגין תכונות אידוי משופרות בהשוואה לשמן הפסולת הגולמי (WCO) ואף בהשוואה לביודיזל המיוצר בשיטת הטרנסאסטריפיקציה המסורתית.
לכך יש חשיבות מכיוון שאידוי לא יעיל ופיזור לא מספק הם בין הגורמים העיקריים לכך ששמנים משומשים שלא עברו טיפול עלולים לגרום לסתימת מזרקים, בעירה לא מלאה ולהיווצרות משקעים. המחקר מציין כי שמן קוקס גולמי (WCO) מכיל אוליגומרים בלתי מסיסים העלולים לפגוע במנוע על ידי סתימת מערכת ההזרקה, בעוד שתהליך טרנס-אסטריפיקציה תקין משפר באופן משמעותי את תכונות הדלק.

האם ניתן להשתמש בתערובות של ביודיזל ודיזל במנועי דיזל ללא בעיות?

המחקר של Belal et al. (2025) מראה כי אכן ניתן להשתמש בביו-דיזל המיוצר בשיטת אולטרה-סאונד במנועי דיזל סטנדרטיים ללא בעיות. החוקרים בדקו תערובות B10, B20, B30, B40 ו-B100 במנוע דיזל במהירות קבועה תחת עומס משתנה. מסקנתם הייתה שניתן להחליף דיזל בביו-דיזל WCO או בתערובות ביו-דיזל-דיזל ללא שינוי במנוע, וכי B40 היא התערובת המומלצת מכיוון שהיא משלבת ביצועי מנוע דומים עם שיפור ברור בפליטות.
גם אם לא כל המדדים זהים לאלה של דיזל פוסילי, התערובות נותרות שמישות לחלוטין להפעלת מנועי דיזל סטנדרטיים, בעוד שההבדלים בביצועים זניחים והיתרונות מבחינת פליטות הם משמעותיים.
 

תערובות שונות של ביודיזל/דיזל בעומסי מנוע של 10–100%. – משמאל: שינויים ב-BSFC / מימין: שינויים ב-BTE עם תערובות שונות של ביודיזל ודיזל בעומסי מנוע של 10–100%
מחקר וגרפים: ©Belal et al., 2025

ביצועי המנוע: דומים לאלה של מנוע דיזל, עם ויתורים קלים

המחקר מצא כי תערובות ביודיזל סיפקו ביצועי מנוע דומים לאלה של דיזל, עם עלייה קלה בצריכת הדלק הספציפית לבלמים וירידה קלה ביעילות התרמית של הבלמים.
שינויים אלה צפויים. התכונות שנמדדו הראו כי לביו-דיזל מסוג WCO צפיפות וצמיגות גבוהות יותר וערך חימום נמוך יותר מאשר לדיזל, אף שמספר הצטן היה זהה במחקר זה. משמעות הדבר היא שייתכן שיידרש מעט יותר דלק כדי להפיק את אותה תפוקה, אך המנוע עדיין פועל כרגיל על התערובות.
מנקודת מבט מעשית, הדבר מחזק את הטענה כי תערובות ביודיזל הן ישימות מבחינה תפעולית במנועי דיזל, גם כאשר הן מיוצרות מחומרי גלם נחותים כגון שמן בישול משומש.

פליטות: יתרונות משמעותיים משימוש בתערובת ביודיזל

בתוצאות הפליטה באו לידי ביטוי היתרונות הבולטים ביותר של הביודיזל.

בעומס מלא, ה-B100 השיג את הירידות הגדולות ביותר ב:

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

בהשוואה לדיזל טהור.
המחקר מייחס יתרונות אלה לתכולת החמצן הגבוהה יותר ולתכולת הפחמן הנמוכה יותר של הביודיזל, אשר תורמות לבעירה מלאה יותר ומפחיתות את היווצרות הפיח.

מה המשמעות של זה עבור יצרני ביודיזל

חומרי גלם דלים הם אטרקטיביים מבחינה כלכלית, אך קשה יותר לעבד אותם בטכנולוגיה קונבנציונלית. השימוש באולטרסאונד משנה את המשוואה הזו על ידי התגברות על מחסום העברת המסה בין השמן לאלכוהול והאצת תהליך ההמרה באופן דרמטי. במחקר, הדבר התבטא בתפוקה של 96.65% ביו-דיזל, קיצור זמן התגובה מ-90 דקות ל-6 דקות, וקיצור זמן ההפרדה מ-12 שעות ל-30 דקות.
במערכות ביו-דיזל תעשייתיות רציפות, הדבר מתבטא ביתרונות המרכזיים של העיבוד האולטראסוני של Hielscher: תפוקה גבוהה יותר, זמן שהייה קצר יותר, עמידות משופרת בפני תנודות בחומרי הגלם, וייצור יעיל יותר משמנים ושומנים זולים.
 

מגיב קולי מדגם UIP1000hdT לשיפור תהליך ההמרה של שמנים ושומנים משומשים לביודיזל.

מכשירים סוניקטוריים של Hielscher לייצור ביודיזל מבית WCO

המחקר מראה מדוע מכשירי הסוניקציה של Hielscher מהווים כלי כה יעיל לייצור ביודיזל מחומרי גלם נחותים. קביטציה אולטראסונית מעצימה את תהליך הטרנסאסטריפיקציה על ידי שיפור הערבוב, העברת החום, העברת המסה וקינטיקת התגובה, ומאפשרת המרה מהירה ויעילה של חומרי גלם קשים כגון שמני בישול משומשים ושמנים ושומנים מפורקים אחרים. בתנאים אופטימליים, המחקר השיג תשואה של 96.65% ביו-דיזל תוך 6 דקות בלבד, עם הפרדת גליצרול מהירה באופן דרמטי בהשוואה לעיבוד קונבנציונלי.
חשוב לא פחות מכך, הביודיזל שהתקבל היה מעשי לשימוש במנועים. תערובות של ביודיזל ודיזל הראו ביצועים הדומים לאלה של דיזל קונבנציונלי, תוך הפחתה משמעותית של פליטת CO, פחמימנים לא שרופים ועשן. התערובת המומלצת B40 שילבה ביצועים מכניים דומים עם התנהגות פליטה מאוזנת ביותר, וניתן היה להשתמש בה ללא צורך בשינויים במנוע.
מכשירים קוליים של Hielscher לא רק מאיצים את ייצור הביודיזל – היא מאפשרת עיבוד רציף ויעיל של חומרי גלם זולים ואיכותיים נמוכה, והופכת שמנים ושומנים משומשים לדלק שימושי ומוכן לשימוש במנועים.

הטבלה שלהלן מספקת אינדיקציה לגבי קיבולת העיבוד המשוערת של כורים ביודיזל אולטראסוניים של Hielscher:

ההשלכות הכלכליות והסביבתיות של השימוש במערבלי ביו-דיזל אולטראסוניים של Hielscher

המודל הטכנולוגי-כלכלי של Gholami et al. (2021) הוכיח:

• עלות ההשקעה הכוללת הופחתה בכ-21% בערך.
• עלות המוצר לטון הופחתה בכ-5% בערך.
• הפחתת ייצור הפסולת לחמישית מהכמות הנוצרת בערבוב מכני,
• שיעור התשואה הפנימי (IRR) השתפר ל-18.3% עם NPV חיובי, בעוד שהתהליך הקונבנציונלי נותר לא כלכלי.

מנקודת מבט סביבתית, הפחתת עודף המתנול מפחיתה באופן ישיר את פליטת התרכובות האורגניות הנדיפות ומפחיתה את צריכת האנרגיה התרמית, ובכך מתיישבת ייצור ביודיזל באמצעות אולטרסאונד עם יעדי הייצור הי

סקירה כללית של היתרונות של הכור האולטראסוני לביו-דיזל

(תוצאות המחקר ההשוואתי, ראו Gholami et al., 2021)

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

Hielscher ultrasonicators ידועים באיכות הגבוהה ביותר שלהם סטנדרטים עיצוב. חוסן ותפעול קל מאפשרים שילוב חלק של האולטרסאונד שלנו במתקנים תעשייתיים. תנאים קשים וסביבות תובעניות מטופלים בקלות על ידי אולטרסוניקטורים Hielscher.

Hielscher Ultrasonics היא חברה מוסמכת ISO לשים דגש מיוחד על ultrasonicators ביצועים גבוהים שמציעות טכנולוגיה חדישה וידידותיות למשתמש. כמובן, Hielscher ultrasonicators הם תואמי CE ולעמוד בדרישות של UL, CSA ו RoHs.

ספרות / מקורות