Pretvaranje otpadnog jestivog ulja u pouzdan biodizel za dizelske motore

Otpadno jestivo ulje jedna je od najprivlačnijih sirovina za biodizel dostupnih danas. Jeftino je, široko dostupno i pomaže u rješavanju problema zbrinjavanja. No predstavlja i dobro poznat izazov pri preradi: sirovine loše kvalitete poput otpadnih biljnih ulja, rabljenih jestivih ulja, masti za prženje, životinjskih masti, loja ili ribljih ulja teže je učinkovito pretvoriti u biodizel nego rafinirana nekorištena ulja.

Nedavno istraživanje transesterifikacije potpomognute ultrazvukom pokazuje kako se taj problem može prevladati ultrazvučnim miješanjem. Istraživači su optimizirali proizvodnju biodizela iz otpadnog jestivog ulja (WCO), a zatim su dobiveni biodizel i mješavine biodizela i dizela ispitali u dizelskom motoru. Njihovi rezultati podupiru dva važna zaključka: prvo, sonikacija omogućuje brzu pretvorbu uz visok prinos čak i pri uporabi zahtjevnih sirovina; drugo, dobivene mješavine biodizela i dizela mogu se upotrebljavati u dizelskim motorima bez preinaka, uz radne značajke bliske onima pri uporabi dizela i poboljšane emisijske značajke.

Spremni ste pretvoriti jeftina otpadna ulja u visokovrijedan biodizel?

Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel pomažu proizvođačima pretvoriti zahtjevne sirovine poput otpadnog jestivog ulja, masti za prženje, loja i ribljeg ulja uz veće brzine reakcije, kraća vremena zadržavanja i poboljšanu učinkovitost procesa. Obratite nam se sada kako bismo razgovarali o vašoj sirovini, ciljnom kapacitetu i konfiguraciji reaktora za kontinuiranu ultrazvučnu proizvodnju biodizela.

Zašto je sirovine loše kvalitete teško prerađivati u proizvodnji biodizela

Jeftine sirovine za biodizel privlačne su jer trošak sirovine ima najveći utjecaj na ekonomičnost proizvodnje. Istraživanje Belala i suradnika objavljeno 2025. godine pokazuje da se otpadna jestiva ulja i masti mogu učinkovito pretvoriti u biodizel ultrazvučnim miješanjem. Tako proizveden biodizel potom je uspješno upotrijebljen u dizelskim motorima.
Iako se uporabom otpadnih ulja izbjegava problem konkurencije između proizvodnje hrane i goriva povezan s jestivim uljima, izazov je u tome što su sirovine loše kvalitete promjenjivijeg sastava i teže ih je prerađivati. Pri konvencionalnoj transesterifikaciji alkoholna i uljna faza međusobno se ne miješaju, pa učinkovitost reakcije uvelike ovisi o tome koliko dobro sustav može prevladati ograničenja prijenosa tvari. Kod degradiranih ili manje kvalitetnih ulja i masti ta ograničenja postaju izraženija, što često dovodi do sporije pretvorbe, duljih vremena zadržavanja, težeg odvajanja faza i manje učinkovite cjelokupne prerade. Upravo tu ultrazvučno miješanje donosi istinsku prekretnicu.

Zašto sonikacija omogućuje uporabu sirovina loše kvalitete

Sonikacija omogućuje učinkovitiju preradu sirovina loše kvalitete poput otpadnih biljnih ulja, otpadnih jestivih ulja, masti za prženje, goveđeg loja ili ribljih ulja jer ultrazvučna kavitacija ostvaruje znatno bolji kontakt između međusobno nemješljivih uljnih i alkoholnih faza, čime se uvelike poboljšavaju miješanje te prijenos topline i tvari. Nadalje, ultrazvučno miješanje ima i fizikalne i kemijske učinke: ultrazvučna kavitacija intenzivira uvjete u reakcijskom okruženju i može potaknuti nastanak vrlo reaktivnih radikala, koji dodatno ubrzavaju kinetiku reakcije i pridonose bržoj i potpunijoj transesterifikaciji.
Upravo je zato sonikacija toliko vrijedna pri preradi sirovina niže kvalitete. Ona nadoknađuje ograničenja zbog kojih je te sirovine obično teško prerađivati u konvencionalnim sustavima.

Što je postignuto sonikacijom u istraživanju

Umjesto usredotočenosti na mali laboratorijski sustav, ključni rezultat za industrijske proizvođače biodizela jest intenzifikacija procesa postignuta sonikacijom. U optimiziranim ultrazvučnim uvjetima istraživanje Belala i sur. (2025) postiglo je prinos biodizela od 96,65%. U usporedbi s konvencionalnim referentnim postupkom autora, ultrazvučno potpomognuta transesterifikacija skratila je vrijeme reakcije s 90 minuta na 6 minuta te vrijeme odvajanja biodizela od glicerola sa 720 minuta na 30 minuta.
Ti su rezultati iznimno relevantni za industrijsku proizvodnju biodizela jer pokazuju da sonikacija ne poboljšava tek neznatno miješanje – ona iz temelja ubrzava pretvorbu i naknadno odvajanje.
 

Ultrazvučna metoda postiže približno 75% pretvorbe unutar prvih 1,5 minuta, a nakon 6 minuta pretvorba se ustaljuje na oko 90%.
Konvencionalna metoda pokazuje znatno sporiju pretvorbu, dosežući samo oko 40% pretvorbe nakon 8 minuta.
Istraživanje i grafikon: ©Fayyyazi et al. 2014

Kako se to odražava na kontinuiranu protočnu preradu biodizela sustavima Hielscher

Za industrijsku primjenu ovi se nalazi izravno odražavaju u prednostima kontinuirane protočne ultrazvučne prerade biodizela industrijskim sonikatorima i reaktorima Hielscher. Isti mehanizam kavitacije prikazan u istraživanju – intenzivnije miješanje, poboljšan kontakt na granici faza, brži prijenos topline i tvari te ubrzana kinetika reakcije – upravo je ono što omogućuje učinkovit rad ultrazvučnih reaktora ugrađenih u procesnu liniju.
Pri kontinuiranom radu ulje, alkohol i katalizator pumpaju se kroz zonu ultrazvučnog reaktora, gdje kavitacija visokog intenziteta neprekidno dispergira faze i potiče njihovu reakciju. Time se omogućuju kraća vremena zadržavanja, brža pretvorba, pouzdanija prerada jeftinih sirovina promjenjivih svojstava i brže naknadno odvajanje. Za industrijske proizvođače koji upotrebljavaju otpadno jestivo ulje (WCO), iskorištene masti za prženje, loj ili riblje ulje ključni je zaključak jasan: sonikacija čini zahtjevne sirovine komercijalno privlačnijima jer omogućuje bolju pretvorbu u kraćem vremenu.

Sonikacija poboljšava kvalitetu goriva

Ključno je da sirova otpadna ulja nisu prikladna goriva za motore. Termogravimetrijskom analizom u istraživanju uspoređeni su dizelsko gorivo, sirovo otpadno jestivo ulje (WCO), biodizel proizveden konvencionalnim postupkom i biodizel proizveden ultrazvučnim miješanjem. Autori su utvrdili da je sirovi WCO imao najlošija svojstva isparavanja, dok je ultrazvučno proizvedeni biodizel pokazao poboljšana svojstva isparavanja u usporedbi sa sirovim WCO-om, pa čak i u usporedbi s biodizelom proizvedenim tradicionalnom transesterifikacijom.
To je važno jer su slabo isparavanje i loše raspršivanje među glavnim razlozima zbog kojih neobrađena otpadna ulja mogu uzrokovati onečišćenje brizgaljki, nepotpuno izgaranje i nastanak naslaga. U istraživanju se navodi da je sirovi WCO sadržavao netopljive oligomere koji mogu oštetiti motor začepljenjem sustava ubrizgavanja, dok pravilna transesterifikacija znatno poboljšava svojstva goriva.

Mogu li se mješavine biodizela i dizelskog goriva bez problema upotrebljavati u dizelskim motorima?

Istraživanje Belala i sur. (2025) pokazuje da se ultrazvučno proizvedeni biodizel doista može bez problema upotrebljavati u standardnim dizelskim motorima. Istraživači su ispitali mješavine B10, B20, B30, B40 i B100 u dizelskom motoru pri stalnoj brzini vrtnje i promjenjivom opterećenju. Zaključili su da se dizelsko gorivo može zamijeniti biodizelom iz otpadnog jestivog ulja (WCO) ili mješavinama biodizela i dizelskog goriva bez preinaka motora te su preporučili mješavinu B40 jer je objedinjavala usporedive performanse motora s jasno poboljšanim emisijskim svojstvima.
Čak i ako nije svaki pokazatelj jednak onome za fosilno dizelsko gorivo, mješavine ostaju potpuno upotrebljive u uobičajenom radu dizelskog motora, uz male razlike u performansama i znatne prednosti u pogledu emisija.
 

Različite mješavine biodizela i dizelskog goriva pri opterećenjima motora od 10–100%. – Lijevo: promjena vrijednosti BSFC / Desno: promjena vrijednosti BTE s različitim mješavinama biodizela i dizelskog goriva pri opterećenjima motora od 10–100%
Istraživanje i grafikoni: ©Belal et al., 2025

Radne značajke motora: bliske onima s dizelskim gorivom, uz male kompromise

Istraživanje je pokazalo da su mješavine biodizela omogućile radne značajke motora slične onima s dizelskim gorivom, uz blago povećanje specifične potrošnje goriva prema efektivnoj snazi i malo smanjenje efektivnog toplinskog stupnja djelovanja.
Te su promjene očekivane. Izmjerena svojstva pokazala su da biodizel iz otpadnog jestivog ulja (WCO) ima veću gustoću i viskoznost te nižu ogrjevnu vrijednost od dizelskog goriva, iako je cetanski broj u ovom istraživanju bio jednak. To znači da za postizanje iste izlazne snage može biti potrebno nešto više goriva, ali motor i dalje normalno radi s tim mješavinama.
S praktičnog stajališta, to podupire tvrdnju da su mješavine biodizela primjenjive u dizelskim motorima čak i kada se proizvode od sirovina niske kvalitete, poput otpadnog jestivog ulja.

Emisije: velike prednosti dodavanja biodizela

U rezultatima mjerenja emisija biodizel je pokazao svoje najveće prednosti.

Pri punom opterećenju B100 je ostvario najveća smanjenja sljedećih pokazatelja:

• CO: smanjenje za 42,9%
• neizgorjeli ugljikovodici: smanjenje za 29,9%
• neprozirnost dima: smanjenje za 42,1%

u usporedbi s čistim dizelskim gorivom.
Istraživanje te prednosti pripisuje većem udjelu kisika i manjem udjelu ugljika u biodizelu, što potiče potpunije izgaranje i smanjuje nastajanje čađe.

Što to znači za proizvođače biodizela

Sirovine niske kvalitete ekonomski su privlačne, ali ih je teže prerađivati konvencionalnom tehnologijom. Sonikacija mijenja tu računicu prevladavanjem prepreke prijenosu mase između ulja i alkohola te znatnim ubrzavanjem pretvorbe. U istraživanju je to značilo prinos biodizela od 96,65%, skraćenje vremena reakcije s 90 minuta na 6 minuta te skraćenje vremena odvajanja s 12 sati na 30 minuta.
Za kontinuirane industrijske sustave za proizvodnju biodizela to znači ključne prednosti Hielscher ultrazvučne obrade: veći proizvodni kapacitet, kraće vrijeme zadržavanja, veću otpornost na promjenjivost sirovina te učinkovitiju proizvodnju iz jeftinih ulja i masti.
 

Ultrazvučni reaktor UIP1000hdT za poboljšanu pretvorbu otpadnih ulja i masti u biodizel.

Hielscher sonikatori za biodizel iz otpadnog jestivog ulja (WCO)

Istraživanje pokazuje zašto su Hielscher sonikatori tako moćan alat za proizvodnju biodizela iz sirovina niske kvalitete. Ultrazvučna kavitacija intenzivira transesterifikaciju poboljšavanjem miješanja, prijenosa topline, prijenosa mase i reakcijske kinetike, omogućujući brzu i učinkovitu pretvorbu zahtjevnih sirovina poput otpadnih jestivih ulja te drugih degradiranih ulja i masti. U optimiziranim uvjetima istraživanje je postiglo prinos biodizela od 96,65% za samo 6 minuta, uz znatno brže odvajanje glicerola nego pri konvencionalnoj obradi.
Jednako je važno da je dobiveni biodizel bio praktično primjenjiv u motorima. Mješavine biodizela i dizelskog goriva pokazale su radne značajke bliske onima s konvencionalnim dizelskim gorivom, uz znatno smanjenje emisija CO, neizgorjelih ugljikovodika i dima. Preporučena mješavina B40 objedinjavala je usporedive mehaničke radne značajke s najuravnoteženijim emisijskim značajkama te se mogla upotrebljavati bez preinaka motora.
Hielscher sonikatori ne samo da ubrzavaju proizvodnju biodizela – oni omogućuju učinkovitu kontinuiranu obradu jeftinih sirovina niske kvalitete te pretvaraju otpadna ulja i masti u praktično gorivo spremno za uporabu u motorima.

Tablica u nastavku daje uvid u približan kapacitet obrade Hielscher ultrazvučnih reaktora za biodizel:

Ekonomske i okolišne posljedice uporabe Hielscher ultrazvučnih miješalica za biodizel

Tehničko-ekonomski model autora Gholami i sur. (2021) pokazao je:

• Smanjenje ukupnih investicijskih troškova za približno 21%,
• Smanjenje troškova proizvoda po toni za približno 5%,
• Smanjenje nastajanja otpada na petinu količine koja nastaje pri mehaničkom miješanju,
• Povećanje interne stope povrata (IRR) na 18,3% uz pozitivnu neto sadašnju vrijednost (NPV), dok je konvencionalni postupak ostao neisplativ.

S ekološkog stajališta, smanjenje viška metanola izravno smanjuje emisije hlapljivih organskih spojeva i potrošnju toplinske energije, čime se ultrazvučna proizvodnja biodizela usklađuje s ciljevima zelene proizvodnje.

Pregled prednosti ultrazvučnog reaktora za biodizel

(rezultati usporednog istraživanja, usp. Gholami i sur., 2021)

Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – kvaliteta proizvedena u Njemačkoj

Hielscher ultrazvučni uređaji poznati su po najvišim standardima kvalitete i projektiranja. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućuju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijska postrojenja. Hielscher ultrazvučni uređaji lako podnose teške uvjete i zahtjevna okruženja.

Hielscher Ultrasonics tvrtka je s ISO certifikatom koja poseban naglasak stavlja na ultrazvučne uređaje visokih performansi s najsuvremenijom tehnologijom i jednostavnim rukovanjem. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji sukladni su s oznakom CE i ispunjavaju zahtjeve normi UL, CSA i RoHs.

Literatura / reference

• Belal, B. Y.; Li, G.; Zhang, Z.; Liang, J.; Zhou, M.; Masoud, S. M.; Attia, A. M. A.; El-Zoheiry, R. M.; El-Seesy, A. I. (2025): Optimizing waste cooking biodiesel production using ultrasonic-assisted and studying its combustion characteristics blended with diesel in diesel engine. Environmental science and pollution research international, 32(11), 2025. 6984–7001.
• 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.
• 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.
• Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
• Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
• Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
• Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.