תסיסה בסיוע אולטרסאונד לייצור ביואתנול

תסיסה בסיוע אולטרסאונד יכולה לשפר את ייצור הביואתנול באמצעות קידום הפירוק של פחמימות מורכבות לסוכרים פשוטים יותר, ובכך להפוך אותם לזמינים יותר להמרה לאתנול על ידי שמרים. במקביל, סוניקציה משפרת גם את יעילות החדירות של דופן תאי השמרים, ומאפשרת שחרור מהיר יותר של אתנול והגדלת הייצור הכולל. כך, תסיסת ביואתנול בסיוע אולטרסאונד מביאה לשיעורי המרה גבוהים יותר ולתפוקות משופרות.

תסיסה

תסיסה יכולה להיות תהליך אירובי (= תסיסה חמצונית) או אנאירובי, המשמש ביישומים ביוטכנולוגיים להמרת חומר אורגני באמצעות תרביות תאים של חיידקים, פטריות או אורגניזמים אחרים, או באמצעות אנזימים. בתסיסה מופקת אנרגיה מחמצון של תרכובות אורגניות, כגון פחמימות.
סוכר הוא המצע הנפוץ ביותר לתסיסה, שבתומה מתקבלים תוצרים כגון חומצה לקטית, לקטוז, אתנול ומימן. בתסיסה כוהלית מיוצר אתנול – במיוחד לשימוש כדלק, אך גם למשקאות אלכוהוליים – באמצעות תסיסה. כאשר זני שמרים מסוימים, כגון Saccharomyces cerevisiae, מבצעים חילוף חומרים של סוכר, תאי השמרים ממירים את חומר המוצא לאתנול ולפחמן דו־חמצני.

המשוואות הכימיות שלהלן מסכמות את ההמרה:

אם חומר המוצא הוא עמילן, למשל מתירס, יש להמיר תחילה את העמילן לסוכר. עבור ביואתנול המשמש כדלק, נדרשת הידרוליזה להמרת העמילן. בדרך כלל מזרזים את ההידרוליזה באמצעות טיפול חומצי או אנזימטי, או באמצעות שילוב של שניהם. לרוב, התסיסה מתבצעת בטמפרטורה של כ־35–40 °C.
סקירה של תהליכי תסיסה שונים:

מזון :

• ייצור & שימור
• מוצרי חלב (תסיסה לקטית), כגון יוגורט, רוויון, קפיר
• ירקות שעברו תסיסה לקטית, כגון קימצ'י, מיסו, נאטו, צוקמונו, כרוב כבוש
• פיתוח חומרי ארומה, למשל ברוטב סויה
• פירוק חומרי בורסקאות, למשל בתה, קקאו, קפה, טבק
• משקאות אלכוהוליים, כגון בירה, יין, ויסקי

תרופות :

• ייצור תרכובות רפואיות, כגון אינסולין, חומצה היאלורונית

ביוגז/ אתנול :

• שיפור ייצור ביוגז/ ביואתנול

מאמרי מחקר שונים וניסויים בקנה מידה שולחני ובקנה מידה של פיילוט הראו שאולטרסאונד משפר את תהליך התסיסה באמצעות הפיכת כמות גדולה יותר של ביומסה לזמינה לתסיסה האנזימטית. בסעיף הבא יפורטו השפעות האולטרסאונד בנוזל.

השפעות של עיבוד נוזלים באולטרסאונד

באמצעות אולטרסאונד בהספק גבוה/ בתדירות נמוכה ניתן ליצור אמפליטודות גבוהות. לפיכך, ניתן להשתמש באולטרסאונד בהספק גבוה/ בתדירות נמוכה לעיבוד נוזלים, כגון ערבוב, תחלוב, פיזור ופירוק אגלומרטים, או טחינה.
בעת סוניקציה של נוזלים בעוצמות גבוהות, גלי הקול המתפשטים בתווך הנוזלי יוצרים מחזורים מתחלפים של לחץ גבוה (דחיסה) ולחץ נמוך (קלישה), בקצבים התלויים בתדירות. במהלך מחזור הלחץ הנמוך, גלים אולטרסוניים בעוצמה גבוהה יוצרים בועות ואקום קטנות או חללים בנוזל. כאשר הבועות מגיעות לנפח שבו אינן יכולות עוד לספוג אנרגיה, הן קורסות בעוצמה במהלך מחזור של לחץ גבוה. תופעה זו נקראת קוויטציה. קוויטציה, כלומר "היווצרות, גדילה וקריסה פנימה של בועות בנוזל. קריסה קוויטציונית יוצרת חימום מקומי עז (~5000 K), לחצים גבוהים (~1000 atm) וקצבי חימום וקירור עצומים (>109 K/sec)" וסילוני נוזל (~400 km/h)". (Suslick 1998)

יש דרכים שונות ליצור קוויטציה, כגון באמצעות פיות בלחץ גבוה, מערבלי רוטור–סטטור או מעבדים אולטרסוניים. בכל המערכות האלה אנרגיית הכניסה מומרת לחיכוך, למערבולות, לגלים ולקוויטציה. החלק מאנרגיית הכניסה שמומר לקוויטציה תלוי בכמה גורמים המתארים את תנועת הציוד המחולל קוויטציה בתוך הנוזל. עוצמת התאוצה היא אחד הגורמים החשובים ביותר המשפיעים על ההמרה היעילה של אנרגיה לקוויטציה. תאוצה גבוהה יותר יוצרת הפרשי לחץ גדולים יותר. הדבר מגדיל בתורו את ההסתברות להיווצרות בועות ריק במקום להיווצרות גלים המתפשטים בנוזל. לפיכך, ככל שהתאוצה גבוהה יותר, כך גדל חלקה של האנרגיה המומרת לקוויטציה.
במתמר אולטרסוני, משרעת התנודה מתארת את עוצמת התאוצה. משרעות גבוהות יותר מביאות ליצירה יעילה יותר של קוויטציה. נוסף על העוצמה, יש להאיץ את הנוזל באופן שימזער את הפסדי האנרגיה עקב מערבולות, חיכוך ויצירת גלים. לשם כך, הדרך המיטבית היא תנועה בכיוון אחד. באמצעות שינוי העוצמה והפרמטרים של תהליך הסוניקציה, הטיפול האולטרסוני יכול להיות נמרץ מאוד או עדין מאוד. הדבר הופך את האולטרסאונד לכלי רב־תכליתי מאוד למגוון יישומים.

יישומים עדינים, שבהם מופעלת סוניקציה מתונה בתנאים מתונים, כוללים סילוק גזים, תחלוב, והפעלת אנזימים. יישומים נמרצים באולטרסאונד בעוצמה גבוהה/בהספק גבוה (לרוב בלחץ מוגבר) הם טחינה רטובה, פירוק אגלומרטים והקטנת גודל החלקיקים, וכן פיזור. ביישומים רבים כגון מיצוי, פירוק או סונוכימיה, העוצמה האולטרסונית הנדרשת תלויה בחומר המסוים המיועד לסוניקציה. בזכות מגוון הפרמטרים שניתן להתאים לכל תהליך, האולטרסאונד מאפשר למצוא את נקודת העבודה המיטבית לכל תהליך בנפרד.
לצד המרת הספק יוצאת מן הכלל, סוניקציה מציעה יתרון משמעותי של שליטה מלאה בפרמטרים החשובים ביותר: משרעת, לחץ, טמפרטורה, צמיגות וריכוז. הדבר מאפשר להתאים את כל הפרמטרים האלה במטרה למצוא את פרמטרי העיבוד האידיאליים לכל חומר מסוים. התוצאה היא אפקטיביות גבוהה יותר וכן יעילות מיטבית.

אולטרסאונד לשיפור תהליכי תסיסה, בהסבר המבוסס על ייצור ביואתנול כדוגמה

ביואתנול הוא תוצר של פירוק ביומסה או חומר מתכלה מפסולת באמצעות חיידקים אנאירוביים או אירוביים. האתנול המיוצר משמש בעיקר כדלק ביולוגי. הדבר הופך את הביואתנול לחלופה מתחדשת וידידותית לסביבה לדלקים מאובנים, כגון גז טבעי.
לייצור אתנול מביומסה ניתן להשתמש בסוכר, בעמילן ובחומר ליגנוצלולוזי כחומרי גלם. בייצור בקנה מידה תעשייתי, סוכר ועמילן הם כיום חומרי הגלם העיקריים, משום שהם כדאיים מבחינה כלכלית.
באמצעות בדיקות היתכנות ניתן לבדוק בקלות רבה כיצד אולטרסאונד משפר תהליך המותאם ללקוח מסוים, עם חומר גלם מסוים ובתנאים נתונים. בשלב הראשון, סוניקציה של כמות קטנה מתרחיף חומר הגלם באמצעות מכשיר מעבדתי אולטרסוני תראה אם האולטרסאונד אכן משפיע על חומר הגלם.

בדיקות היתכנות

בשלב הבדיקות הראשון, מתאים להעביר כמות גבוהה יחסית של אנרגיה אולטרסונית לנפח קטן של נוזל, שכן כך גדל הסיכוי לראות אם ניתן להשיג תוצאות כלשהן. נפח דגימה קטן גם מקצר את זמן השימוש במכשיר מעבדתי ומפחית את עלויות הבדיקות הראשונות.
גלי האולטרסאונד מועברים מפני השטח של הסונוטרודה אל הנוזל. מתחת לפני השטח של הסונוטרודה, עוצמת האולטרסאונד היא הגבוהה ביותר. לכן עדיפים מרחקים קצרים בין הסונוטרודה לחומר העובר סוניקציה. כאשר נפח קטן של נוזל נחשף לאולטרסאונד, ניתן לשמור על מרחק קצר מהסונוטרודה.
הטבלה שלהלן מציגה רמות אופייניות של אנרגיה/נפח לתהליכי סוניקציה לאחר אופטימיזציה. מכיוון שהניסויים הראשונים לא יבוצעו בתצורה מיטבית, עוצמת סוניקציה וזמן סוניקציה של פי 10 עד 50 מהערך האופייני יראו אם יש השפעה כלשהי על החומר העובר סוניקציה או לא.

תהליך	אנרגיה/ נפח	נפח הדגימה	הספק	זמן
פשוט	< 100Ws/mL	10mL	50W	< 20 sec
בינוני	100Ws/mL עד 500Ws/mL	10mL	50W	20 עד 100 sec
אינטנסיבי	> 500Ws/mL	10mL	50W	>100 sec

טבלה 1 – ערכי סוניקציה אופייניים לאחר אופטימיזציה של התהליך

ניתן לתעד את ההספק המוזן בפועל בניסויים באמצעות רישום נתונים מובנה (UP200Ht וכן UP200St), ממשק למחשב או מד הספק. בשילוב עם הנתונים המתועדים של הגדרת האמפליטודה והטמפרטורה, ניתן להעריך את תוצאותיו של כל ניסוי ולקבוע ערך בסיס לאנרגיה/נפח.
אם במהלך הבדיקות נבחרה תצורה מיטבית, ניתן יהיה לאמת את ביצועי התצורה הזאת בשלב אופטימיזציה ולבסוף להגדיל את קנה המידה לרמה מסחרית. כדי להקל על האופטימיזציה, מומלץ מאוד לבחון גם את גבולות הסוניקציה, למשל טמפרטורה, אמפליטודה או אנרגיה/נפח עבור פורמולציות מסוימות. מכיוון שאולטרסאונד עלול לגרום להשפעות שליליות על תאים, כימיקלים או חלקיקים, יש לבחון את הרמות הקריטיות של כל פרמטר כדי להגביל את האופטימיזציה בהמשך לטווח הפרמטרים שבו לא נצפות ההשפעות השליליות. לצורך בדיקת ההיתכנות מומלצות יחידות מעבדתיות קטנות או יחידות שולחניות, כדי להגביל את ההוצאות על ציוד ודגימות בניסויים כאלה. בדרך כלל, יחידות בהספק של 100 עד 1,000 ואט מתאימות היטב למטרות בדיקת ההיתכנות. (ראו Hielscher 2005)

אופטימיזציה

התוצאות המתקבלות במהלך בדיקות ההיתכנות עשויות להראות צריכת אנרגיה גבוהה למדי ביחס לנפח הקטן המטופל. אולם מטרתה של בדיקת ההיתכנות היא בעיקר להראות את השפעות האולטרסאונד על החומר. אם בבדיקת ההיתכנות הופיעו השפעות חיוביות, יש להשקיע מאמצים נוספים באופטימיזציה של יחס האנרגיה/נפח. פירוש הדבר הוא לבחון את התצורה האידיאלית של פרמטרי האולטרסאונד כדי להשיג את התפוקה הגבוהה ביותר תוך שימוש בכמות האנרגיה הקטנה ביותר האפשרית, כך שהתהליך יהיה הכדאי והיעיל ביותר מבחינה כלכלית. כדי למצוא את תצורת הפרמטרים המיטבית – השגת היתרונות הרצויים עם תשומת אנרגיה מזערית – יש לחקור את המתאם בין הפרמטרים החשובים ביותר: אמפליטודה, לחץ, טמפרטורה וכן הרכב הנוזל . בשלב השני הזה מומלץ לעבור מסוניקציה במנות למערך סוניקציה רציף עם ריאקטור בעל תא זרימה, מכיוון שלא ניתן להשפיע על הפרמטר החשוב של הלחץ בסוניקציה במנות. במהלך סוניקציה במנה, הלחץ מוגבל ללחץ הסביבה. אם תהליך הסוניקציה עובר דרך תא זרימה שניתן להפעיל בו לחץ, אפשר להעלות את הלחץ (או להפחיתו), דבר שבדרך כלל משפיע על הקוויטציה האולטרסונית באופן דרסטי. באמצעות תא זרימה ניתן לקבוע את המתאם בין הלחץ ליעילות התהליך. מעבדים אולטרסוניים בהספק שבין 500 ואט לבין 2000 ואט הם המתאימים ביותר לאופטימיזציה של תהליך.

הגדלת קנה המידה לייצור מסחרי

אם נמצאה התצורה המיטבית, הגדלה נוספת של קנה המידה היא פשוטה, שכן תהליכים אולטרסוניים ניתנים לשחזור מלא בהגדלה ליניארית של קנה המידה. משמעות הדבר היא שכאשר מפעילים אולטרסאונד על פורמולציית נוזל זהה בתצורה זהה של פרמטרי עיבוד, נדרשת אותה אנרגיה ליחידת נפח כדי לקבל תוצאה זהה, ללא תלות בקנה המידה של העיבוד. (Hielscher 2005). כך ניתן ליישם את התצורה המיטבית של פרמטרי האולטרסאונד בייצור בקנה מידה מלא. למעשה, הנפח שניתן לעבד באמצעות אולטרסאונד הוא בלתי מוגבל. מערכות אולטרסוניות מסחריות בהספק של עד 16,000 ואט ליחידה זמינות וניתנות להתקנה באשכולות. ניתן להתקין אשכולות כאלה של מעבדים אולטרסוניים במקביל או בטור. באמצעות התקנה באשכולות של מעבדים אולטרסוניים בהספק גבוה, ההספק הכולל כמעט בלתי מוגבל, כך שניתן לעבד זרמים בנפח גדול ללא בעיה. גם אם נדרשת התאמה של המערכת האולטרסונית, למשל כדי להתאים את הפרמטרים לפורמולציית נוזל שהשתנתה, לרוב ניתן לעשות זאת באמצעות החלפת הסונוטרודה, המגבר או תא הזרימה. היכולת להגדיל את קנה המידה באופן ליניארי, יכולת השחזור ויכולת ההתאמה של האולטרסאונד הופכות טכנולוגיה חדשנית זו ליעילה וכדאית מבחינה כלכלית.

פרמטרים של עיבוד אולטרסוני

עיבוד אולטרסוני של נוזלים מתואר באמצעות מספר פרמטרים. החשובים ביותר הם משרעת, לחץ, טמפרטורה, צמיגות וריכוז. תוצאת התהליך, כגון גודל החלקיקים, עבור תצורת פרמטרים נתונה, היא פונקציה של האנרגיה ליחידת נפח מעובד. הפונקציה משתנה עם שינויים בפרמטרים בודדים. יתר על כן, הספק המוצא בפועל ליחידת שטח הפנים של הסונוטרודה ביחידה אולטרסונית תלוי בפרמטרים. הספק המוצא ליחידת שטח הפנים של הסונוטרודה הוא עוצמת פני השטח (I). עוצמת פני השטח תלויה במשרעת (A), בלחץ (p), בנפח הריאקטור (VR), בטמפרטורה (T), בצמיגות (η) ובגורמים נוספים.

השפעת הקוויטציה שנוצרת תלויה בעוצמת פני השטח. גם תוצאת התהליך קשורה אליה באותו אופן. הספק המוצא הכולל של יחידה אולטרסונית הוא מכפלת עוצמת פני השטח (I) בשטח הפנים (S):

P [W] I [W / mm²]* S[mm²]

משרעת

משרעת התנודה מתארת את המרחק (למשל 50 µm) שפני השטח של הסונוטרודה עוברים בזמן נתון (למשל 1/20,000s בתדר של 20kHz). ככל שהמשרעת גדולה יותר, כך עולה הקצב שבו הלחץ יורד ועולה בכל מהלך. נוסף על כך, הנפח המוסט בכל מהלך גדל, וכתוצאה מכך גדל נפח הקוויטציה (גודל הבועות ו/או מספרן). כאשר מפעילים אולטרסאונד על דיספרסיות, משרעות גבוהות יותר גורמות להרס רב יותר של חלקיקים מוצקים. טבלה 1 מציגה ערכים כלליים לכמה תהליכים אולטרסוניים.

לחץ

נקודת הרתיחה של נוזל תלויה בלחץ. ככל שהלחץ גבוה יותר, כך נקודת הרתיחה גבוהה יותר, ולהפך. לחץ מוגבר מאפשר קוויטציה בטמפרטורות הקרובות לנקודת הרתיחה או גבוהות ממנה. הוא גם מגביר את עוצמת הקריסה פנימה, הקשורה להפרש בין הלחץ הסטטי לבין לחץ האדים בתוך הבועה (ראו Vercet et al. 1999). מכיוון שההספק והעוצמה האולטרסוניים משתנים במהירות עם שינויי הלחץ, עדיפה משאבה השומרת על לחץ קבוע. בעת אספקת נוזל לתא זרימה, על המשאבה להיות מסוגלת להתמודד עם זרימת הנוזל המסוימת בלחצים מתאימים. משאבות דיאפרגמה או ממברנה; משאבות צינור גמיש, צינור או מעיכה; משאבות פריסטלטיות; או משאבות בוכנה או בוכנה טובלת ייצרו תנודות לחץ מתחלפות. עדיפות משאבות צנטריפוגליות, משאבות גלגלי שיניים, משאבות ספירליות ומשאבות חלל מתקדם, המספקות את הנוזל המיועד לסוניקציה בלחץ יציב ברציפות. (Hielscher 2005)

טמפרטורה

בעת סוניקציה של נוזל, מועבר הספק לתווך. מכיוון שתנודות הנוצרות באמצעות אולטרסאונד גורמות למערבולות ולחיכוך, הנוזל העובר סוניקציה יתחמם – בהתאם לחוק התרמודינמיקה. טמפרטורות גבוהות של התווך המעובד עלולות להזיק לחומר ולהפחית את יעילות הקוויטציה האולטרסונית. תאי זרימה אולטרסוניים חדשניים מצוידים במעטפת קירור (ראו תמונה). כך מתאפשרת שליטה מדויקת בטמפרטורת החומר במהלך העיבוד האולטרסוני. לסוניקציה של נפחים קטנים יותר בכוס מעבדה מומלץ להשתמש באמבט קרח לפיזור החום.

צמיגות וריכוז

תהליכי טחינה וכן פיזור אולטרסוניים מתבצעים בנוזל. החלקיקים חייבים להיות בתרחיף, למשל במים, בשמן, בממסים או בשרפים. שימוש במערכות אולטרסוניות בזרימה רציפה מאפשר לבצע סוניקציה של חומר צמיג מאוד ובעל מרקם משחתי.
ניתן להפעיל מעבד אולטרסוני בהספק גבוה בריכוזי מוצקים גבוהים למדי. ריכוז גבוה מקנה לעיבוד האולטרסוני את יעילותו, שכן אפקט הטחינה האולטרסונית נגרם מהתנגשויות בין חלקיקים. מחקרים הראו שקצב השבירה של סיליקה אינו תלוי בריכוז המוצקים עד לריכוז של 50% לפי משקל. עיבוד תרכיזי בסיס בעלי שיעור חומר גבוה מאוד הוא הליך ייצור נפוץ המשתמש בסוניקציה.

הספק ועוצמה לעומת אנרגיה

עוצמת פני השטח וההספק הכולל מתארים רק את עוצמת העיבוד. כדי לתאר תהליך סוניקציה באופן שיאפשר להגדיל את קנה המידה שלו ולשחזרו, יש להביא בחשבון את נפח הדגימה העוברת סוניקציה ואת זמן החשיפה בעוצמה מסוימת. עבור תצורת פרמטרים נתונה, תוצאת התהליך, למשל גודל החלקיקים או ההמרה הכימית, תהיה תלויה באנרגיה ליחידת נפח (E/V).

תוצאה = f (E /V )

כאשר האנרגיה (E) היא מכפלת הספק המוצא (P) בזמן החשיפה (t).

E[Ws] = P[W]*t[s]

שינויים בתצורת הפרמטרים ישנו את פונקציית התוצאה. הדבר ישנה בתורו את כמות האנרגיה (E) הנדרשת עבור ערך נתון של הדגימה (V) כדי להשיג ערך תוצאה מסוים. מסיבה זו, אין די בהפעלת הספק אולטרסוני מסוים בתהליך כדי להשיג תוצאה. נדרשת גישה מתוחכמת יותר לזיהוי ההספק הנדרש ותצורת הפרמטרים שבה יש להעביר את ההספק לחומר המעובד. (Hielscher 2005)

ייצור ביואתנול בסיוע אולטרסאונד

כבר ידוע שאולטרסאונד משפר את ייצור הביואתנול. מומלץ להסמיך את הנוזל באמצעות ביומסה לקבלת תרחיף צמיג מאוד שעדיין ניתן לשאיבה. כורים אולטרסוניים יכולים להתמודד עם ריכוזי מוצקים גבוהים למדי, כך שניתן להפעיל את תהליך הסוניקציה ביעילות מרבית. ככל שהתרחיף מכיל יותר חומר, כך תקטן כמות הנוזל הנושא שיעבור טיפול מבלי להפיק תועלת מתהליך הסוניקציה. מכיוון שהחדרת אנרגיה לנוזל גורמת להתחממותו בהתאם לחוק התרמודינמיקה, פירוש הדבר הוא שהאנרגיה האולטרסונית מופנית ככל האפשר לחומר המטרה. תכנון יעיל כזה של התהליך מונע חימום בזבזני של עודפי הנוזל הנושא.
אולטרסאונד מסייע בתהליך המיצוי של החומר התוך־תאי ובכך הופך אותו לזמין לתסיסה האנזימטית. טיפול אולטרסוני מתון יכול להגביר את הפעילות האנזימטית, אך למיצוי ביומסה יידרש אולטרסאונד בעוצמה גבוהה יותר. לכן יש להוסיף את האנזימים לתרחיף הביומסה לאחר הסוניקציה, מכיוון שאולטרסאונד בעוצמה גבוהה משבית אנזימים, וזו השפעה בלתי רצויה.

תוצאות עדכניות שהושגו במחקר מדעי:

מחקריהם של Yoswathana ואחרים (2010) בנושא ייצור ביואתנול מקש אורז הראו שהשילוב של טיפול מקדים בחומצה וטיפול אולטרסוני לפני הטיפול האנזימטי מוביל לתפוקת סוכר מוגברת של עד 44% (על בסיס קש אורז). ממצא זה מדגים את יעילות השילוב של טיפול מקדים פיזיקלי וכימי לפני ההידרוליזה האנזימטית של חומר ליגנוצלולוזי לסוכר. 

תרשים 2 ממחיש באופן גרפי את ההשפעות החיוביות של הקרנה אולטרסונית במהלך ייצור ביואתנול מקש אורז. (פחם שימש לסילוק חומרים רעילים מהדגימות שעברו טיפול מקדים בחומצה/אנזימים וטיפול מקדים אולטרסוני.)

במחקר עדכני נוסף נבחנה השפעת הסוניקציה על הרמות החוץ־תאיות והתוך־תאיות של האנזים β-galactosidase. Sulaiman ואחרים (2011) הצליחו לשפר במידה ניכרת את פריון ייצור הביואתנול באמצעות אולטרסאונד בטמפרטורה מבוקרת, שעודד את צמיחת השמרים Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537). מחברי המאמר מסכמים שסוניקציה לסירוגין באמצעות אולטרסאונד בהספק גבוה (20 kHz), במחזורי עבודה של ≤20%, עודדה ייצור ביומסה, חילוף חומרים של לקטוז וייצור אתנול ב־K. marxianus בעוצמת סוניקציה גבוהה יחסית של 11.8Wcm². בתנאים הטובים ביותר, הסוניקציה הגדילה את ריכוז האתנול הסופי כמעט פי 3.5 בהשוואה לביקורת. הדבר תאם לעלייה של פי 3.5 בפריון ייצור האתנול, אך דרש תוספת הספק של 952W לכל מטר מעוקב של מצע גידול באמצעות סוניקציה. דרישת אנרגיה נוספת זו הייתה בהחלט בגדר נורמות התפעול המקובלות לביוריאקטורים, ובמוצרים בעלי ערך גבוה ניתן היה לפצות עליה בקלות באמצעות הפריון המוגבר.

מסקנה: היתרונות של תסיסה בסיוע אולטרסאונד

טיפול אולטרסוני הוכח כשיטה יעילה וחדשנית להגדלת תפוקת הביואתנול. אולטרסאונד משמש בעיקר למיצוי חומר תוך־תאי מביומסה, כגון תירס, פולי סויה, קש, חומר ליגנוצלולוזי או פסולת צמחית.

• הגדלת תפוקת הביואתנול
• פירוק/הרס תאים ושחרור חומר תוך־תאי
• שיפור הפירוק האנאירובי
• הפעלת אנזימים באמצעות סוניקציה מתונה
• שיפור יעילות התהליך באמצעות תרחיפים בריכוז גבוה

הבדיקות הפשוטות, הגדלת קנה המידה הניתנת לשחזור וההתקנה הקלה (גם בזרמי ייצור קיימים) הופכות את האולטרסאונד לטכנולוגיה רווחית ויעילה. מעבדים אולטרסוניים תעשייתיים אמינים לעיבוד מסחרי זמינים ומאפשרים לבצע סוניקציה בנפחי נוזל בלתי מוגבלים למעשה.