מ-UCO לביודיזל באמצעות כורים אולטראסוניים

שמן בישול משומש (UCO) הפך לאחד מחומרי הגלם האטרקטיביים ביותר לייצור ביודיזל בר-קיימא. הפיכת שמן בישול משומש לביודיזל, או לאסתר מתיל של שמן בישול משומש, תורמת להפחתת הפסולת, מוזילה את עלויות חומרי הגלם ותומכת בכלכלת דלק מעגלית יותר. עבור יצרני ביודיזל המחפשים טכנולוגיית עיבוד יעילה, כורים אולטראסוניים לביודיזל מבית Hielscher מציעים פתרון עוצמתי להאצת תהליכי טרנס-אסטריפיקציה ואסטריפיקציה.

כורים אולטראסוניים לייצור ביודיזל של חברת Hielscher נמצאים בשימוש נרחב לשיפור תהליך ההמרה של שמנים ושומנים זולים לביודיזל באיכות גבוהה. באמצעות יצירת ערבוב אינטנסיבי ברמה המיקרוסקופית, הקוויטציה האולטראסונית מאיצה את התגובות הכימיות, משפרת את העברת המסה בין שלבים שאינם מתערבבים, ומסייעת ליצרנים להשיג ייצור ביודיזל מהיר, אמין וניתן להרחבה.

UCOME – ביודיזל משמנים משומשים

הראשי תיבות UCOME מייצגות את המונח "אסתר מתיל של שמן בישול משומש". זהו דלק ביודיזל המיוצר על ידי המרת שמני בישול משומשים לאסטרי מתיל של חומצות שומן באמצעות תגובה כימית עם מתנול. מכיוון ש-UCO הוא חומר גלם ממוחזר, ה-UCOME נחשב לאטרקטיבי במיוחד הן מבחינה כלכלית והן מבחינה סביבתית.
בהשוואה לשמנים צמחיים בתוליים, שמן בישול משומש מציע יתרונות כלכליים ברורים, אך הוא גם מציב אתגרים בעיבודו. שמן בישול משומש מכיל לרוב:

• חומצות שומן חופשיות (FFA)
• מים
• שאריות מזון ומזהמים
• תוצרי חמצון
• הרכב משתנה בהתאם למקור ולהיסטוריית השימוש

גורמים אלה הופכים את יעילות התהליך ואת ביצועי הכור לחשובים במיוחד. זהו המקום שבו כורי ביו-דיזל אולטראסוניים מציעים יתרונות משמעותיים.

 

 

כיצד כורים אולטראסוניים לביודיזל משפרים את ההמרה של UCO ל-UCOME

ייצור ביודיזל מסורתי מסתמך לרוב על ערבוב מכני וחום כדי ליצור מגע בין השמן, האלכוהול והזרז. מכיוון שהשמן והמתנול אינם מתערבבים היטב, בתגובות המתרחשות בכורים קונבנציונליים עלולים להיווצר קצב תגובה איטי, המרה חלקית, צריכת כימיקלים גבוהה יותר וזמני שהייה ארוכים יותר.
הכורים האולטראסוניים של Hielscher משתמשים באולטראסאונד בעוצמה גבוהה כדי ליצור קוויטציה בנוזל. הקוויטציה יוצרת אזורי ערבוב מיקרוסקופיים עם כוחות גזירה גבוהים במיוחד. תהליך זה מפרק את המתנול לטיפות זעירות ביותר בתוך שלב השמן ויוצר שטח פנים גדול בהרבה לתגובה.

התוצאה היא תהליך ייצור ביודיזל יעיל ביותר, המציע יתרונות משמעותיים:

• תהליך אסטריפיקציה וטרנס-אסטריפיקציה מהיר יותר
• יעילות המרה משופרת
• שימוש יעיל יותר במתנול ובזרז
• זמן תגובה קצר יותר
• יכולת עיבוד רציף תוך-תהליכי
• הרחבה קלה משלב הפיילוט לייצור תעשייתי

במקרה של חומרי גלם מסוג UCO בעלי תכולת חומצות שומן חופשיות (FFA) גבוהה, השימוש באולטרסאונד מועיל במיוחד, שכן הוא משפר הן את שלב האסטריפיקציה המושרה בחומצה והן את שלב הטרנס-אסטריפיקציה המושרה בבסיס.

מ-UCO לביודיזל: סקירת התהליך

הפיכת שמן בישול משומש לביו-דיזל כרוכה בדרך כלל במספר שלבים בתהליך. ניתן לשלב את כורי הביו-דיזל האולטראסוניים של Hielscher בתהליכים חד-שלביים או דו-שלביים, בהתאם לאיכות חומר הגלם.

תהליך טיפוסי להפקת ביודיזל מ-UCO כולל:

• איסוף ואחסון שמן בישול משומש
• סינון להסרת חומרים מוצקים ושאריות מזון
• ייבוש או סילוק מים לצורך הפחתת תכולת הלחות
• ניתוח FFA לקביעת מסלול התגובה הנדרש
• אסטריפיקציה של חומצות שומן חופשיות כאשר רמת ה-FFA גבוהה
• אסטריפיקציה עם מתנול ליצירת אסטרים מתילים
• הפרדת ביודיזל וגליצרול
• שטיפה או טיהור יבש של ביודיזל
• ליטוש סופי כדי לעמוד במפרטי איכות הדלק

כאשר קיימים רמות גבוהות של חומצות שומן חופשיות (FFA), נעשה לעתים קרובות שימוש בטיפול מקדים של אסטריפיקציה כדי להמיר את חומצות השומן החופשיות לאסטרים לפני שלב האסטריפיקציה העיקרי. עיבוד קולי יכול להאיץ את שני השלבים ולשפר את התפוקה הכוללת של המפעל. קראו עוד על תהליך ההמרה הדו-שלבי של ביודיזל בסיוע אולטרסאונד!

מדוע הכורים האולטראסוניים של Hielscher מתאימים במיוחד לייצור ביודיזל של UCOME

הכורים האולטראסוניים של Hielscher תוכננו לעיבוד נוזלים בתעשייה, והם יעילים במיוחד ביישומים של ביודיזל, שבהם ערבוב נוזל-נוזל קובע את קצב התגובה. במקום להסתמך רק על ערבוב המוני, האולטראסאונד מייצר אנרגיה מקומית עוצמתית בדיוק במקום שבו היא נדרשת.
לכך יש מספר יתרונות מעשיים עבור היצרנים.

• תערובת מצוינת של שמן ומתנול
  אחת המגבלות העיקריות בייצור ביודיזל היא הערבוביות הלקויה של שמן ומתנול. הכורים האולטראסוניים של Hielscher יוצרים תחליב עדין ביותר, המשפר באופן משמעותי את המגע בין החומרים המגיבים. מגע טוב יותר פירושו קינטיקה מהירה יותר של התגובה ויעילות המרה גבוהה יותר.
• ביצועים גבוהים עם חומרי גלם קשים
  UCO אינו חומר גלם אחיד. תכולת המים, רמת חומצות השומן החופשיות (FFA) ורמת הזיהום בו עשויות להשתנות ממנה למנה. הכורים של Hielscher מסייעים לפצות על תנודות אלה באמצעות חיזוק סביבת התגובה, מה שהופך את התהליך ליציב יותר וניתן להתאמה.
• זמן שהייה קצר יותר
  מכיוון שהאולטרסאונד מאיץ את תהליכי האסטריפיקציה והטרנס-אסטריפיקציה, היצרנים יכולים לעתים קרובות להשיג את יחס ההמרה הרצוי בזמן קצר יותר מאשר במערכות ערבוב קונבנציונליות. דבר זה יכול להקטין את דרישות נפח הכור ולהגדיל את התפוקה.
• פעולה רציפה בקו הייצור
  כורים אולטראסוניים לייצור ביודיזל של חברת Hielscher מתאימים באופן אידיאלי לעיבוד רציף. תצורות הכורים המקושרים תומכות בייצור במצב יציב באיכות עקבית, דבר בעל ערך רב עבור מפעלי ביודיזל מסחריים.
• הרחבה פשוטה
  יתרון מרכזי של טכנולוגיית Hielscher הוא יכולת ההרחבה הליניארית. ניתן להעביר את פרמטרי התהליך שנקבעו בניסויים מעבדתיים או בניסויי פיילוט למערכות ייצור גדולות יותר בצורה צפויה יותר. הדבר מפחית את סיכוני הפיתוח ומפשט את תכנון ההרחבה.
• אמינות תעשייתית
  מערכות Hielscher מתוכננות לעבודה תעשייתית תובענית. עבור יצרני ביודיזל, משמעות הדבר היא ביצועים אמינים של הכור, תוצאות שניתן לשחזר ותאימות לקווי ייצור אוטומטיים.
• ייצור ביודיזל בהתאם לתקנים ASTM D6751 ו-EN 14214
  יצרני ביודיזל מסחריים נוטים לעמוד במפרטי איכות דלק כגון ASTM D6751 ו-EN 14214. תקנים אלה מגדירים תכונות חיוניות, בהן תכולת אסטרים, צמיגות, נקודת התלקחות, ערך חומציות, תכולת מים, יציבות חמצון, מגבלות זיהומים ורמות גליצרין.

 
קראו כיצד פועל ביודיזל המיוצר בטכנולוגיית אולטרה-סאונד במנועי בעירה פנימית המונעים בדיזל!

כורים אולטראסוניים לייצור ביודיזל של חברת Hielscher משמשים בתהליכי ייצור ביודיזל שנועדו להשיג איכות דלק העומדת בתקן ASTM D6751 ו-EN 14214. במחקרם שפורסם בשנת 2020, הוכיחו Bastante-Saez ועמיתיהם כי ביודיזל המיוצר משומני פסולת קבב באמצעות כור אולטראסוני של Hielscher הניב תשואות גבוהות של אסטרים מתיל של חומצות שומן (FAME). תשואות ה-FAME היו גבוהות יותר (97.42% משקל/משקל לשומן עוף ו-96.98% לשומן בקר-כבש) מהסף המינימלי שנקבע בתקנה האירופית EN 14214 (כלומר, מינימום של 96.5% משקל/משקל).

 

 

ביודיזל בקנה מידה קטן לחוות חקלאיות ולמשתמשים שאינם מחוברים לרשת החשמל

במדינות או באזורים מסוימים, התקנות בנושא ביודיזל מוגבלות או שאינן נאכפות כלפי משתמשים פרטיים קטנים. חקלאים ובעלי ציוד רשאים לייצר כמויות קטנות של ביודיזל משמן בישול משומש לצריכה במקום, לשימוש בטרקטורים, גנרטורים, תנורי חימום או ציוד חקלאי אחר המונע בדיזל.
במקרים אלה, המטרה היא לרוב החלפה מעשית של דלק ולא מכירה מסחרית מוסמכת. כורים אולטראסוניים לייצור ביודיזל עשויים להיות אטרקטיביים גם לייצור מבוזר מסוג זה, שכן הם מציעים:

• זמני תגובה מהירים
• המרה יעילה באמצעות ציוד קומפקטי
• מתאים היטב לחומרי גלם של שמן פסולת מסוגים שונים
• תלות מופחתת במיכלים גדולים עם מערבל
• פוטנציאל להקמת מערכי עיבוד מודולריים

במקביל, חשוב לציין במפורש כי ביודיזל שאינו עומד בתקן עשוי שלא להתאים לכל המנועים, עלול שלא לעמוד בדרישות החוק המקומיות, ועלול לגרום לבעיות בתחום האחסון, תאימות החומרים, פליטות או אחריות המנוע. במקומות שבהם קיימים תקנים לביודיזל, יש לבדוק את הדלק ולייצרו בהתאם לפני השימוש בו ביישומים מוסדרים או בכלי רכב.

 

 

היתרונות הכלכליים של ייצור ביודיזל באמצעות אולטרסאונד משמן בישול משומש

עלות חומר הגלם היא אחד המשתנים המשמעותיים ביותר בכלכלת הביודיזל. מכיוון ששמן בישול משומש זול בדרך כלל משמנים צמחיים מזוקקים, הוא מציע פוטנציאל חיסכון משמעותי. עם זאת, חיסכון זה עלול לרדת לטמיון אם התהליך איטי, אינו יעיל מבחינה כימית או אינו מסוגל להתמודד עם השונות בחומר הגלם.
כורים אולטראסוניים לייצור ביודיזל של Hielscher תורמים לשמירה על הרווחיות באמצעות שיפור יעילות התגובה ותפוקת המפעל. היתרונות הכלכליים הפוטנציאליים כוללים:

• ניצול טוב יותר של חומרי גלם מסוג UCO בעלות נמוכה
• עלייה בתפוקה
• זמן תגובה קצר יותר
• ביקוש אנרגיה נמוך יותר בתהליך הערבוב בהשוואה לתרחישים של ערבוב בתפזורת שאינם יעילים
• שיפור בעקביות התהליך
• שילוב קל יותר בקווי ייצור רציפים

עבור יצרנים השואפים להגדיל את היקף ייצור הביודיזל משמן משומש, שילוב זה של גמישות בחומרי הגלם והגברת האינטנסיביות של התהליך עשוי להיות בעל ערך רב.

הפכו UCO ל-UCOME ביודיזל ביעילות באמצעות כורים אולטראסוניים של Hielscher!

הפיכת שמן בישול משומש ל-UCOME היא דרך חכמה לייצר דלק מתחדש מפסולת, תוך שיפור הקיימות והפחתת עלויות חומרי הגלם. מכיוון שלעתים קרובות קשה יותר לעבד שמן בישול משומש מאשר שמנים בתוליים, לטכנולוגיית הכורים תפקיד מכריע בהשגת ייצור ביודיזל יעיל ואמין.
כורים אולטראסוניים לייצור ביודיזל של חברת Hielscher מגבירים את התגובה בין השמן למתנול באמצעות ערבוב והעברת מסה המונעים על ידי קוויטציה. הדבר מאפשר אסטריפיקציה וטרנס-אסטריפיקציה מהירות יותר, טיפול טוב יותר בחומרי גלם בעלי תכולת UCO משתנה, וייצור ביודיזל בקו ייצור הניתן להרחבה.
בקרב יצרנים מסחריים, מערכות האולטראסאונד של Hielscher משמשות בתהליכי ייצור ביודיזל שנועדו לייצר דלק העומד בתקן ASTM D6751 ובתקן EN 14214. עבור חקלאים ומשתמשים קטנים במדינות שבהן אין תקנות בנושא ביודיזל, כורים אולטראסוניים יכולים גם לאפשר ייצור קומפקטי של כמויות קטנות יותר של ביודיזל לשימוש בציוד מקומי, תוך הכרה בכך שיש להשתמש בדלק שאינו עומד בתקן בזהירות ובהתאם לדרישות המקומיות ולתאימות המנוע.
אם מטרתכם היא ייצור יעיל של UCO ל-UCOME, כורי הביודיזל האולטראסוניים של Hielscher מציעים פלטפורמה טכנולוגית עוצמתית וניתנת להרחבה לעיבוד ביודיזל מודרני.

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

קצב זרימה	כח
20 – 100 ליטר/שעה	1kW
80 – 400 ליטר/שעה	4x1kW
0.3 – 1.5 מ"ק/שעה	4x4kW
2 – 10 מ"ק/שעה	6x16kW
20 – 100 מ"ק/שעה	62x16kW

מדוע Hielscher היא בחירה מצוינת עבור יצרני ביודיזל?

חברת Hielscher ידועה בטכנולוגיית האולטרסאונד התעשייתית שלה, המיועדת ליישומים תעשייתיים אמיתיים. בייצור ביודיזל, הכורים האולטרסוניים של Hielscher מספקים פתרון מעשי להאצת תהליך ההמרה של שמן משומש (UCO), לשיפור ערבוב המתנול והשמן, ולתמיכה בייצור יעיל של ביודיזל משמנים ושומנים משומשים.

בין הסיבות העיקריות שבגללן יצרנים בוחרים ב-Hielscher ניתן למנות:

• מומחיות מוכחת בתחום האולטראסאונד
• תכנוני כורים מובנים לעיבוד ביודיזל ברציפות
• התאמה לאסטריפיקציה ולטרנס-אסטריפיקציה
• מסלול התקדמות ברור מהמעבדה לייצור
• ציוד עמיד לסביבות תעשייתיות
• עיבוד יעיל של חומרי גלם מורכבים כגון שמן בישול משומש

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

• 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).

שאלות נפוצות

האם ניתן להשתמש בביו-דיזל בציוד חקלאי?

כן. ציוד חקלאי המצויד במנועי דיזל בעלי הצתה באמצעות דחיסה יכול בדרך כלל להשתמש בתערובות ביודיזל, ויצרנים רבים מאשרים תערובות כגון B5 או B20; השימוש בתערובות בעלות ריכוז גבוה יותר תלוי במנוע הספציפי, בחומרי מערכת הדלק ובהנחיות היצרן המקורי (OEM).

אילו מנועים יכולים לפעול על ביודיזל?

ביודיזל מיועד למנועי דיזל, ובמיוחד למנועי הצתה בדחיסה המשמשים בכלי רכב, בגנרטורים ובציוד חקלאי. בפועל, כמעט כל מנועי הדיזל יכולים לפעול על תערובות ביודיזל בריכוז נמוך, בעוד שהשימוש בתערובות בריכוז גבוה יותר או בביודיזל טהור (B100) מחייב תאימות מנוע ואישור היצרן.

מהו תקן ASTM D6751 האמריקאי?

ASTM D6751 הוא התקן האמריקאי לתערובת דלק ביודיזל, B100, המיועדת לערבוב עם דלקים מתוצרי זיקוק ביניים. התקן מגדיר את תכונות הדלק הנדרשות ומתייחס לדרגות S15 ו-S500, המתאימות לתכולת גופרית מרבית של 15 חלקיקים למיליון ו-500 חלקיקים למיליון, בהתאמה.

מהו ביודיזל של UCOME?

UCOME הוא קיצור של Used Cooking Oil Methyl Ester (אסתר מתיל של שמן בישול משומש). מדובר בביו-דיזל מסוג אסתר מתיל של חומצות שומן, המיוצר על ידי המרת שמן בישול משומש לאסתרי מתיל, בדרך כלל לשימוש כתחליף לדיזל או כמרכיב בתערובת.

האם UCOME מתאים כרכיב בתערובת לדלק ימי ביולוגי?

כן. UCOME כבר נמצא בשימוש מסחרי כמרכיב בתערובות של דלק ביולוגי ימי, למשל בתערובות עם נפט דלק בעל תכולת גופרית נמוכה מאוד (VLSFO). התאמתו תלויה באיכות הדלק, ביציבותו, בתאימותו ובעמידתו במפרטי הדלק הימי הרלוונטיים ובדרישות הטיפול בו.