पावर अल्ट्रासाउंड से जैवऊर्जा उत्पादन की दक्षता बढ़ाना

नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन में उच्च-तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड (सोनिकेशन) का उपयोग प्रक्रिया दक्षता में एक महत्वपूर्ण प्रगति है। ध्वनिक कैविटेशन के माध्यम से अल्ट्रासोनिक तकनीक बायोडीज़ल, बायोएथेनॉल और बायोगैस सहित विभिन्न जैवईंधन उत्पादन प्रक्रियाओं में द्रव्यमान स्थानांतरण बढ़ाती है, कोशिकीय संरचनाओं को विघटित करती है और रासायनिक अभिक्रियाओं को तेज़ करती है।
तेल की कीमतें नई ऊँचाइयों पर पहुँचने के साथ नवीकरणीय ईंधनों की माँग बढ़ रही है। बायोडीज़ल, बायोएथेनॉल और बायोगैस जैसे हरित ईंधनों के उत्पादन में अल्ट्रासोनिक तकनीक का उपयोग तकनीकी और व्यावसायिक दक्षता में सुधार करता है।

अपशिष्ट वनस्पति तेल और पशु वसा से बायोडीज़ल

बायोडीज़ल एक नवीकरणीय ईंधन है जिसे डीज़ल इंजनों में पेट्रोलियम से बने डीज़ल ईंधन के विकल्प के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। बायोडीज़ल वनस्पति तेलों, पशु वसा या चिकनाईदार वसा जैसे स्रोतों से ट्रांसएस्टरीकरण द्वारा बनाया जाता है। सोयाबीन, रेपसीड या शैवाल के तेल जैसे कच्चे माल सबसे आम हैं। बायोडीज़ल के निर्माण में अल्कोहल (मेथनॉल या एथेनॉल) के साथ उत्प्रेरकीय अभिक्रिया होती है। तेल, वसा या चिकनाईदार वसा को अल्कोहल के साथ अल्ट्रासोनिक रूप से मिलाने से अभिक्रिया की गति और उपज में उल्लेखनीय सुधार होता है। इससे निवेश और परिचालन लागत कम होती है।

• त्वरित ट्रांसएस्टरीकरण: अल्ट्रासोनिक विकिरण बायोडीज़ल उत्पादन के लिए अभिक्रिया का समय काफी कम कर देता है और अक्सर इसे कई घंटों से घटाकर पाँच मिनट से भी कम कर देता है।
• बेहतर पृथक्करण: यह तकनीक बायोडीज़ल से ग्लिसरीन के पृथक्करण में सुधार करती है और तलछट बैठने का समय कई घंटों से घटाकर 15 मिनट से कम कर देती है।
• अधिक उपज: अभिकारकों का संपूर्ण मिश्रण सुनिश्चित करके अल्ट्रासोनिक उपचार 99% से अधिक बायोडीज़ल उपज प्राप्त करने में सहायता कर सकता है।

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स्टार्च और शर्करा से बायोएथेनॉल

बायोएथेनॉल का उपयोग गैसोलीन के हरित विकल्प के रूप में किया जाता है। इसे मक्का, गेहूँ, आलू, गन्ना, चावल और अन्य अनाजों से किण्वन द्वारा बनाया जाता है। इन फसलों में पाए जाने वाले स्टार्च और शर्कराओं को किण्वित करके एथेनॉल बनाने के लिए यीस्ट का उपयोग किया जाता है। कोशिकीय संरचनाओं का अल्ट्रासोनिक विघटन और अंतःकोशिकीय पदार्थ का निष्कर्षण कणों का आकार घटाता है और द्रवीकरण के दौरान एंज़ाइमों के संपर्क में कहीं अधिक सतह क्षेत्र लाता है। इससे स्टार्च और शर्करा की जैवउपलब्धता सुधरती है और किण्वन अधिक तेज़ी से तथा अधिक पूर्ण रूप से होता है, जिससे अधिक एथेनॉल प्राप्त होता है।
बायोएथेनॉल उत्पादन किण्वन योग्य शर्कराएँ मुक्त करने के लिए लिग्नोसेल्यूलोसिक बायोमास के कुशल अपघटन पर बहुत अधिक निर्भर करता है। अल्ट्रासाउंड इस प्रक्रिया में कई तरीकों से सहायता करता है:

• बेहतर जलअपघटन: अल्ट्रासोनिक पूर्व-उपचार पादप कणों के विघटन को सुगम बनाता है और शुष्क पिसाई वाले एथेनॉल संयंत्रों में मक्के की स्लरी से ग्लूकोज़ के मुक्त होने में सुधार करता है।
• उत्तेजित किण्वन: यह दर्शाया गया है कि अल्ट्रासाउंड मिश्रित अपशिष्ट कार्यालयी कागज़ जैसी सामग्रियों के एक साथ होने वाले शर्करीकरण और किण्वन (SSF) के दौरान एथेनॉल उत्पादन को उत्तेजित करता है।
• निष्कर्षण दक्षता: उच्च-शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड मक्के के भुट्टों और छिलकों से ज़ाइलान और हेटेरोज़ाइलान जैसे सक्रिय घटकों के निष्कर्षण के साथ-साथ सोयाबीन से तेल के निष्कर्षण को बढ़ाने में भी प्रभावी है, जिससे व्यापक जैव-आधारित उत्पादन शृंखलाओं को समर्थन मिलता है।

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अपशिष्ट और कीचड़ से बायोगैस

नगरपालिका का जैविक अपशिष्ट, सीवेज कीचड़, गोबरयुक्त कीचड़ और खाद बायोगैस के स्रोत हैं। ऐसी सामग्री का वायवीय या अवायवीय पाचकों में प्रसंस्करण जैविक पदार्थ को बायोगैस में बदल देता है। अल्ट्रासोनिक विधि से जैविक पदार्थ का विघटन पाचन से पहले करने पर पदार्थ की संरचना बदल जाती है तथा एंज़ाइम मुक्त और सक्रिय होते हैं। इससे जैविक पदार्थ का पाचन बेहतर होता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रसंस्करण तेज़ होता है, अधिक गैस मिलती है और कम अवशिष्ट कीचड़ बचता है। इससे मौजूदा पाचकों की क्षमता बढ़ती है और निपटान लागत घटती है।

अवायवीय पाचन में जैविक पदार्थ को बैक्टीरिया के लिए अधिक सुलभ बनाने हेतु बायोमास (जैसे अपशिष्ट सक्रिय कीचड़) के विघटन के लिए अल्ट्रासोनिक पूर्व-उपचार का उपयोग किया जाता है।

• बायोगैस की बढ़ी हुई उपज: सोनिकेशन संचयी बायोगैस उत्पादन बढ़ाने में प्रभावी सिद्ध हुआ है। अध्ययनों में अनुपचारित कीचड़ की तुलना में बायोगैस उत्पादन में 26% से 36% तक की वृद्धि दर्ज की गई है।
• ठोस पदार्थों में बेहतर कमी: अल्ट्रासोनिक उपचार वाष्पशील ठोस पदार्थों (VS) का विनाश बढ़ाता है। उदाहरण के लिए, जैविक भार और ऊर्जा निवेश के आधार पर VS का विनाश 30% से बढ़कर 35% या उससे भी अधिक (39% तक) हो सकता है।
• अपशिष्ट जल का एकीकरण: शहरी और औद्योगिक अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों के साथ-साथ स्वयं बायोगैस संयंत्रों से प्राप्त जैविक ठोस पदार्थों को भी स्थिरीकरण और ऊर्जा पुनर्प्राप्ति की प्रक्रिया को अनुकूलित करने के लिए अल्ट्रासोनिक रिएक्टरों का उपयोग करके प्रभावी ढंग से संसाधित किया जा सकता है।

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अवायवीय पाचन से पहले पशु खाद का अल्ट्रासोनिक विघटन बायोगैस की उपज में सुधार करता है।

अल्ट्रासोनिक ऊर्जा संतुलन

ऊपर उल्लिखित प्रक्रियाओं के लिए अधिक अल्ट्रासोनिक ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती। सामान्यतः सोनिकेशन के परिणामस्वरूप प्राप्त अतिरिक्त ऊर्जा अल्ट्रासाउंड उत्पन्न करने में प्रयुक्त ऊर्जा की भरपाई कर देती है। Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरणों की समग्र दक्षता 85% से अधिक है। इसका अर्थ है कि विद्युत ऊर्जा का 85% से अधिक भाग यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित होकर द्रव तक पहुँचाया जाता है। किसी प्रक्रिया की वास्तविक ऊर्जा आवश्यकता छोटे पैमाने पर, बेंच-टॉप स्तर पर 1kW अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर का उपयोग करके निर्धारित की जा सकती है। ऐसे बेंच-टॉप परीक्षणों के सभी परिणामों को आसानी से बड़े पैमाने पर लागू किया जा सकता है। Hielscher दुनिया भर में औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण उपकरणों की आपूर्ति करता है। प्रति एकल सोनिकेटर 16kW तक की शक्ति वाले औद्योगिक अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र के साथ संयंत्र के आकार या प्रसंस्करण क्षमता की कोई सीमा नहीं है।