מ-UCO לביודיזל באמצעות ריאקטורים אולטרסוניים

שמן בישול משומש (UCO) הפך לאחד מחומרי הגלם האטרקטיביים ביותר לייצור ביודיזל בר-קיימא. המרת UCO לביודיזל, או לאסטר מתילי של שמן בישול משומש, מסייעת להפחית פסולת, מוזילה את עלויות חומרי הגלם ותומכת בכלכלת דלק מעגלית יותר. עבור יצרני ביודיזל המחפשים טכנולוגיית עיבוד יעילה, הריאקטורים האולטרסוניים של Hielscher לייצור ביודיזל מציעים פתרון רב-עוצמה להגברת תהליכי טרנסאסטריפיקציה ואסטריפיקציה.

הריאקטורים האולטרסוניים של Hielscher לייצור ביודיזל נמצאים בשימוש נרחב לשיפור ההמרה של שמנים ושומנים בעלות נמוכה לביודיזל באיכות גבוהה. באמצעות יצירת ערבוב אינטנסיבי ברמה המיקרוסקופית, קוויטציה אולטרסונית מאיצה תגובות כימיות, משפרת את מעבר המסה בין פאזות שאינן מתערבבות ומסייעת ליצרנים להשיג ייצור ביודיזל מהיר ואמין שניתן להרחיב את היקפו.

UCOME – ביודיזל משמנים משומשים

UCOME הוא קיצור של אסטר מתילי של שמן בישול משומש. זהו דלק ביודיזל המיוצר באמצעות המרת שמני בישול משומשים לאסטרים מתיליים של חומצות שומן בתגובה כימית עם מתנול. מכיוון ש-UCO הוא חומר גלם ממוחזר, UCOME אטרקטיבי במיוחד הן מבחינה כלכלית והן מבחינה סביבתית.
בהשוואה לשמנים צמחיים שלא נעשה בהם שימוש, UCO מציע יתרונות ברורים מבחינת עלות, אך גם מציב אתגרים בעיבוד. שמן בישול משומש מתאפיין לעיתים קרובות בדברים הבאים:

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

גורמים אלה הופכים את יעילות התהליך ואת ביצועי הריאקטור לחשובים במיוחד. כאן מציעים ריאקטורים אולטרסוניים לייצור ביודיזל יתרונות משמעותיים.

 

בסרטון הדרכה זה אנו מציגים את הבסיס המדעי לשיפור המשמעותי בייצור ביודיזל באמצעות כורים אולטרסוניים. כורי הביודיזל האולטרסוניים של Hielscher מוכרים ככלי רב־עוצמה לשיפור תהליך ייצור הביודיזל, ובהדרכה זו אנו מעמיקים בעיקרון פעולתם ומציגים מערכי אולטרסאונד שונים לכל היקף ייצור. שפרו את היעילות ואת הכדאיות הכלכלית של ייצור הביודיזל שלכם והשיגו תפוקות גבוהות יותר של ביודיזל באיכות גבוהה באמצעות המרה מהירה. במקביל, כורי ביודיזל אולטרסוניים מאפשרים שימוש בשמנים באיכות ירודה, כגון שמנים צמחיים משומשים או שומני בישול משומשים, ומסייעים לחסוך במתנול ובזרז, ובכך תורמים לייצור ביודיזל ידידותי לסביבה ובר־קיימא.

 

כיצד ריאקטורים אולטרסוניים לייצור ביודיזל משפרים את ההמרה של UCO ל-UCOME

ייצור ביודיזל מסורתי מסתמך לעיתים קרובות על ערבול מכני וחימום כדי להביא שמן, אלכוהול וזרז למגע זה עם זה. מכיוון ששמן ומתנול אינם מתערבבים היטב, ריאקטורים קונבנציונליים עלולים לסבול מקצבי תגובה איטיים, מהמרה לא מלאה, מצריכה גבוהה יותר של כימיקלים ומזמני שהייה ארוכים יותר.
הריאקטורים האולטרסוניים של Hielscher משתמשים באולטרסאונד בעוצמה גבוהה ליצירת קוויטציה בנוזל. קוויטציה יוצרת אזורי ערבוב מיקרוסקופיים עם כוחות גזירה גבוהים במיוחד. פעולה זו מפצלת את המתנול לטיפות עדינות מאוד בתוך פאזת השמן ויוצרת שטח מגע גדול בהרבה בין הפאזות לצורך התגובה.

התוצאה היא תהליך ייצור ביודיזל מוגבר במידה רבה, עם יתרונות חשובים:

• טרנסאסטריפיקציה ואסטריפיקציה מהירות יותר
• יעילות המרה משופרת
• ניצול טוב יותר של מתנול וזרז
• זמן תגובה מופחת
• יכולת עיבוד רציף בקו הייצור
• הגדלת היקף קלה מייצור פיילוט לייצור תעשייתי

עבור חומרי גלם מסוג UCO בעלי תכולת FFA מוגברת, אולטרסאונד מועיל במיוחד משום שהוא משפר הן את שלבי האסטריפיקציה בקטליזה חומצית והן את שלבי הטרנסאסטריפיקציה בקטליזה בסיסית.

מ-UCO לביודיזל: סקירת התהליך

המרת שמן בישול משומש לביודיזל כוללת בדרך כלל כמה שלבי תהליך. ניתן לשלב ריאקטורים אולטרסוניים של Hielscher לייצור ביודיזל בתהליכים חד-שלביים או דו-שלביים, בהתאם לאיכות חומר הגלם.

תהליך טיפוסי להמרת UCO לביודיזל כולל:

• איסוף ואחסון של שמן בישול משומש
• סינון להסרת מוצקים וחלקיקי מזון
• ייבוש או סילוק מים להפחתת תכולת הלחות
• אנליזת FFA לקביעת מסלול התגובה הנדרש
• אסטריפיקציה של חומצות שומן חופשיות כאשר תכולת ה-FFA גבוהה
• טרנסאסטריפיקציה עם מתנול ליצירת אסטרים מתיליים
• הפרדת ביודיזל וגליצרול
• שטיפה או טיהור יבש של ביודיזל
• טיהור משלים לעמידה במפרטי איכות הדלק

כאשר רמות ה-FFA גבוהות, נעשה לעיתים קרובות שימוש בטיפול מקדים באסטריפיקציה כדי להמיר חומצות שומן חופשיות לאסטרים לפני שלב הטרנסאסטריפיקציה העיקרי. עיבוד אולטרסוני יכול להאיץ את שני השלבים ולשפר את הפריון הכולל של המפעל. קראו עוד על ההמרה הדו־שלבית לביודיזל בסיוע אולטרסאונד!

מדוע כורים אולטרסוניים של Hielscher מתאימים היטב לביודיזל מסוג UCOME

הכורים האולטרסוניים של Hielscher מתוכננים לעיבוד תעשייתי של נוזלים ויעילים במיוחד ביישומי ביודיזל שבהם ערבוב בין נוזלים קובע את מהירות התגובה. במקום להסתמך רק על ערבול כלל הנוזל, האולטרסאונד יוצר אנרגיה מקומית עזה בדיוק במקום שבו היא נחוצה.
כך מקבלים היצרנים כמה יתרונות מעשיים.

• ערבוב מעולה של שמן ומתנול
  אחת המגבלות המרכזיות בייצור ביודיזל היא יכולת ההתערבבות הנמוכה של שמן ומתנול. הכורים האולטרסוניים של Hielscher יוצרים תחליב דק מאוד, המשפר במידה רבה את המגע בין המגיבים. מגע טוב יותר פירושו קינטיקת תגובה מהירה יותר ושיעור המרה גבוה יותר.
• ביצועים גבוהים עם חומרי גלם קשים לעיבוד
  שמן בישול משומש (UCO) אינו חומר גלם אחיד. תכולת המים שלו, רמת חומצות השומן החופשיות (FFA) ועומס המזהמים עשויים להשתנות מאצווה לאצווה. הכורים של Hielscher מסייעים לפצות על הבדלים אלה באמצעות הגברת עוצמת התהליכים בסביבת התגובה, וכך הופכים את התהליך לעמיד יותר לשינויים ולבעל יכולת הסתגלות גבוהה יותר.
• זמן שהייה קצר יותר
  מכיוון שאולטרסאונד מאיץ אסטריפיקציה וטרנסאסטריפיקציה, יצרנים יכולים לעיתים קרובות להשיג את שיעור ההמרה הרצוי בזמן קצר יותר מאשר במערכות ערבול קונבנציונליות. הדבר עשוי להפחית את נפח הכור הנדרש ולהגדיל את תפוקת העיבוד.
• הפעלה רציפה בקו התהליך
  הכורים האולטרסוניים של Hielscher לביודיזל אידאליים לעיבוד רציף. תצורות של כורים בקו התהליך תומכות בייצור במצב יציב ובאיכות הניתנת לשחזור, דבר בעל ערך רב למפעלי ביודיזל מסחריים.
• הגדלת קנה מידה פשוטה
  יתרון מרכזי של הטכנולוגיה של Hielscher הוא הגדלה ליניארית של קנה המידה. ניתן להעביר פרמטרים של התהליך שנקבעו בניסויי מעבדה או פיילוט למערכות ייצור גדולות יותר, תוך יכולת טובה יותר לחזות את התוצאות. הדבר מפחית את סיכוני הפיתוח ומפשט את תכנון ההרחבה.
• אמינות תעשייתית
  המערכות של Hielscher מיועדות לעבודה תעשייתית תובענית. עבור יצרני ביודיזל, משמעות הדבר היא ביצועי כור אמינים, תוצאות הניתנות לשחזור ותאימות לקווי תהליך אוטומטיים.
• ייצור ביודיזל בהתאם לתקנים ASTM D6751 ו־EN 14214
  יצרני ביודיזל מסחריים שואפים לעיתים קרובות לעמוד במפרטי איכות דלק כגון ASTM D6751 ו־EN 14214. תקנים אלה מגדירים תכונות קריטיות, ובהן תכולת אסטרים, צמיגות, נקודת הבזק, מספר חומצה, תכולת מים, יציבות חמצונית, גבולות לתכולת מזהמים ורמות גליצרין.

 
קראו כיצד ביודיזל המיוצר באמצעות אולטרסאונד פועל במנועי בעירה מסוג דיזל!

הכורים האולטרסוניים של Hielscher לביודיזל משמשים בתהליכי ייצור ביודיזל שנועדו להשיג איכות דלק התואמת לתקנים ASTM D6751 ו־EN 14214. במחקרם שפורסם בשנת 2020, הראו Bastante-Saez ועמיתיו כי ביודיזל שהופק מפסולת שומנים של קבב באמצעות כור אולטרסוני של Hielscher הניב נצולות גבוהות של אסטרים מתיליים של חומצות שומן (FAME). ערכי ה־FAME היו גבוהים יותר (97.42% w/w עבור שומן עוף ו־96.98 עבור שומן בקר וכבש) מסף המינימום שנקבע בתקן האירופי EN 14214 (כלומר, מינימום של 96.5% w/w).

 

 

ביודיזל בקנה מידה קטן למשקים חקלאיים ולמשתמשים שאינם מחוברים לרשת החשמל

במדינות או באזורים מסוימים, האסדרה בתחום הביודיזל מוגבלת או אינה נאכפת על משתמשים פרטיים קטנים. חקלאים ובעלי ציוד עשויים לייצר כמויות קטנות יותר של ביודיזל משמן בישול משומש לצריכה באתר בטרקטורים, בגנרטורים, במכשירי חימום או בציוד חקלאי אחר המונע בדיזל.
במקרים אלה, המטרה היא לעיתים קרובות החלפת דלק לצרכים מעשיים, ולא מכירה מסחרית מאושרת. כורים אולטרסוניים לביודיזל יכולים להיות אטרקטיביים גם לייצור מבוזר כזה, משום שהם מציעים:

• זמני תגובה קצרים
• המרה יעילה באמצעות ציוד קומפקטי
• התאמה טובה לחומרי גלם של שמנים משומשים בעלי מאפיינים משתנים
• תלות מופחתת במכלים גדולים המצוידים במערבלים
• אפשרות למערכי עיבוד מודולריים

בה בעת, חשוב לציין בבירור כי ביודיזל שאינו עומד במפרט עלול שלא להתאים לכל המנועים, עלול שלא לעמוד בדרישות החוק המקומיות, ועלול לגרום לבעיות הקשורות לאחסון, לתאימות חומרים, לפליטות או לאחריות על המנוע. במקומות שבהם קיימים תקנים לביודיזל, יש לבדוק את הדלק ולייצר אותו בהתאם להם לפני השימוש בו ביישומים הכפופים לאסדרה או בכלי רכב הנוסעים בכבישים.

 

 

יתרונות כלכליים של ייצור ביודיזל מ-UCO באמצעות אולטרסאונד

עלות חומר הגלם היא אחד המשתנים המשמעותיים ביותר בכלכלת ייצור הביודיזל. מכיוון ששמן בישול משומש זול בדרך כלל משמנים צמחיים מזוקקים, הוא מציע פוטנציאל ניכר לחיסכון בעלויות. עם זאת, החיסכון הזה עלול לרדת לטמיון אם התהליך איטי, אינו יעיל מבחינה כימית או אינו מסוגל להתמודד עם השונות בחומר הגלם.
כורי הביודיזל האולטרסוניים של Hielscher מסייעים לשמור על הרווחיות באמצעות שיפור יעילות התגובה ופריון המפעל. היתרונות הכלכליים האפשריים כוללים:

• ניצול טוב יותר של חומרי גלם זולים מסוג UCO
• תפוקה מוגברת
• קיצור זמן התגובה
• צריכת אנרגיה נמוכה יותר לצורכי ערבוב בהשוואה למצבים של ערבול לא יעיל של כלל הנוזל
• שיפור בעקביות התהליך
• שילוב קל יותר בקווי ייצור רציפים

עבור יצרנים המבקשים להגדיל את היקף ייצור הביודיזל משמנים משומשים, שילוב זה של גמישות בשימוש בחומרי גלם והעצמת התהליך יכול להיות בעל ערך רב.

המירו UCO לביודיזל UCOME ביעילות באמצעות הכורים האולטרסוניים של Hielscher!

המרת שמן בישול משומש ל-UCOME היא דרך חכמה לייצר דלק מתחדש מפסולת, תוך שיפור הקיימות והפחתת עלויות חומרי הגלם. מכיוון ש-UCO קשה לעיתים קרובות לעיבוד יותר משמנים שלא נעשה בהם שימוש קודם, לטכנולוגיית הכור תפקיד מכריע בהשגת ייצור ביודיזל יעיל ואמין.
כורי הביודיזל האולטרסוניים של Hielscher מעצימים את התגובה בין שמן למתנול באמצעות ערבוב ומעבר מסה המונעים על ידי קוויטציה. כך מתאפשרים אסטריפיקציה וטרנסאסטריפיקציה מהירות יותר, התמודדות טובה יותר עם השונות בחומרי גלם מסוג UCO וייצור ביודיזל בקו רציף שניתן להגדיל את היקפו.
עבור יצרנים מסחריים, מערכות האולטרסאונד של Hielscher משמשות בתהליכי ייצור ביודיזל שנועדו לייצר דלק העומד בתקנים ASTM D6751 ו-EN 14214. עבור חקלאים ומשתמשים קטנים במדינות שאין בהן תקנות לביודיזל, כורים אולטרסוניים יכולים גם לתמוך בייצור במערכות קומפקטיות של כמויות ביודיזל קטנות יותר לשימוש בציוד מקומי, תוך הכרה בכך שיש להשתמש בדלק שאינו עומד במפרט בזהירות ובהתאם לדרישות המקומיות ולתאימות המנוע.
אם מטרתכם היא ייצור יעיל של UCOME מ-UCO, כורי הביודיזל האולטרסוניים של Hielscher מציעים פלטפורמה טכנולוגית עוצמתית שניתן להגדיל את היקפה לעיבוד ביודיזל מודרני.

הטבלה שלהלן מספקת אומדן לכושר העיבוד המשוער של כורי הביודיזל האולטרסוניים של Hielscher:

ספיקת זרימה	הספק
20 – 100L/hr	1kW
80 – 400L/hr	4x1kW
0.3 – 1.5m³/hr	4x4kW
2 – 10m³/hr	6x16kW
20 – 100m³/hr	62x16kW

מדוע Hielscher היא בחירה מצוינת ליצרני ביודיזל?

Hielscher מוכרת בזכות טכנולוגיית אולטרסאונד תעשייתית המיועדת ליישומי תהליך מעשיים. בייצור ביודיזל, הכורים האולטרסוניים של Hielscher מספקים דרך מעשית להעצמת ההמרה של UCO, לשיפור הערבוב בין מתנול לשמן ולתמיכה בייצור יעיל של ביודיזל משמנים ושומנים משומשים.

הסיבות המרכזיות שבגללן יצרנים בוחרים ב-Hielscher כוללות:

• מומחיות מוכחת באולטרסאונד
• תצורות כורים המותקנים בקו לעיבוד רציף של ביודיזל
• התאמה לאסטריפיקציה ולטרנסאסטריפיקציה
• מסלול מבוסס להגדלת היקף התהליך מהמעבדה לייצור
• ציוד עמיד לסביבות תעשייתיות
• עיבוד יעיל של חומרי גלם מאתגרים כגון שמן בישול משומש

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

מכשירי הסוניקציה של Hielscher ידועים בתקני האיכות והתכנון הגבוהים ביותר שלהם. עמידות וקלות תפעול מאפשרות שילוב חלק של מכשירי הסוניקציה שלנו במתקנים תעשייתיים. מכשירי הסוניקציה של Hielscher מתמודדים בקלות עם תנאים קשים וסביבות תובעניות.

Hielscher Ultrasonics היא חברה בעלת הסמכת ISO, והיא שמה דגש מיוחד על מכשירי סוניקציה בעלי ביצועים גבוהים, המשלבים טכנולוגיה מתקדמת ביותר וידידותיות למשתמש. כמובן, מכשירי הסוניקציה של Hielscher תואמים לדרישות CE ועומדים בדרישות 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).