Povećanje učinkovitosti proizvodnje bioenergije pomoću ultrazvuka visoke snage

Primjena ultrazvuka visoke intenziteta (sonikacija) na proizvodnju obnovljive energije predstavlja značajan napredak u učinkovitosti procesa. Korištenjem akustične kavitacije, ultrazvučna tehnologija poboljšava prijenos tvari, razgrađuje strukture stanica i ubrzava kemijske reakcije u različitim procesima proizvodnje biogoriva, uključujući biodizel, bioetanol i bioplin.
Obnovljiva goriva uživaju sve veću potražnju kako cijene nafte bilježe nove visine. Primjena ultrazvučne tehnologije u proizvodnji zelenih goriva, poput biodizela, bioetanola i bioplina, poboljšava tehničku i komercijalnu učinkovitost.

Biodizel od otpadnog biljnog ulja i životinjske masti

Biodizel je obnovljivo gorivo koje se može koristiti u dizelskim motorima kao alternativa dizel gorivu proizvedenom od nafte. Biodizel se proizvodi transesterifikacijom iz izvora poput biljnih ulja, životinjskih masti ili masti. Najčešći sirovinski materijali su ulja poput sojinog, uljane repice ili algi. Proizvodnja biodizela uključuje katalitičku reakciju s alkoholom (metanolom ili etanolom). Ultrazvučno miješanje ulja, masti ili masnoće s alkoholom značajno poboljšava brzinu reakcije i prinos. To smanjuje investicijske i operativne troškove.

• Ubrzana transesterifikacija: Ultrazvučno zračenje značajno smanjuje vrijeme reakcije za proizvodnju biodizela, često ga snižavajući s nekoliko sati na manje od pet minuta.
• Poboljšana separacija: Tehnologija poboljšava odvajanje glicerina od biodizela, smanjujući vrijeme taloženja sa nekoliko sati na manje od 15 minuta.
• Viši prinosi: Ultrazvučna obrada može omogućiti prinose biodizela veće od 99% osiguravajući temeljito miješanje reaktanata.

Kliknite ovdje da biste pročitali više o ultrazvučnim reaktorima za miješanje biodizela!

Bioetanol iz škroba i šećera

Bioetanol se koristi kao zelena alternativa benzinu. Priprema se od kukuruza, pšenice, krumpira, šećerne trske, riže i drugih žitarica fermentacijom. Kvasac se koristi za fermentaciju škroba i šećera iz ovih usjeva u etanol. Ultrazvučna dezintegracija staničnih struktura i ekstrakcija unutarstaničnog materijala smanjuju veličinu čestica i izlažu znatno veću površinu enzimima tijekom likvefakcije. To poboljšava bioraspoloživost škroba i šećera te rezultira bržom i potpunijom fermentacijom, što dovodi do više etanola.
Proizvodnja bioetanola uvelike se oslanja na učinkovitu razgradnju lignocelulozne biomase za oslobađanje fermentabilnih šećera. Ultrazvuk pomaže ovom procesu na nekoliko načina:

• Poboljšana hidroliza: Ultrazvučna predobrada olakšava razgradnju biljnih čestica i poboljšava otpuštanje glukoze iz kukuruzne kaše u postrojenjima za proizvodnju etanola suhim mljevenjem.
• Stimulisana Fermentacija: Pokazalo se da ultrazvuk stimulira proizvodnju etanola tijekom istovremene sakarifikacije i fermentacije (SSF) materijala poput mješavine otpadnog uredskog papira.
• Učinkovitost Ekstrakcije: Ultrazvuk velike snage učinkovit je u ekstrakciji aktivnih komponenti poput ksilana i heteroksilana iz kukuruznih klipova i ljuski, kao i u poboljšanju ekstrakcije ulja iz soje, što podržava šire lance proizvodnje na bazi bioresursa.

Kliknite ovdje da biste pročitali više o dezintegracija stanica i Izvlačenje!

Bioplin iz otpada i mulja

Kao izvor bioplina služi komunalni organski otpad, kanalizacijski mulj, blato i gnoj. Obrada takvog materijala u aerobnim ili anaerobnim digestorima pretvara organski materijal u bioplin. Ultrazvučni raspad organskog materijala prije probave mijenja strukturu materijala, te oslobađa i aktivira enzime. Ovo poboljšava probavu organskog materijala što dovodi do brže obrade, više plina i manje zaostalog mulja. To zauzvrat povećava kapacitet postojećih digestora i smanjuje troškove zbrinjavanja.

U anaerobnoj digestiji, ultrazvučna predobrada koristi se za razgradnju biomase (poput otpadnog aktiviranog mulja) kako bi organska tvar bila dostupnija bakterijama.

• Povećani Prinos Bioplina: Sonikacija je dokazano učinkovita u povećanju kumulativne proizvodnje bioplina. Studije su izvijestile o povećanjima proizvodnje bioplina u rasponu od 26% do 36% u usporedbi s netretiranim muljevima.
• Poboljšano smanjenje krutih tvari: Ultrazvučni tretman pojačava razgradnju hlapivih krutih tvari (VS). Na primjer, razgradnja VS može se povećati s 30% na 35% ili čak više (do 39%) ovisno o organskom opterećenju i unosu energije.
• Integracija otpadnih voda: Biosolidi iz gradskih i industrijskih postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda, kao i oni iz samih postrojenja za bioplin, mogu se učinkovito obrađivati pomoću ultrazvučnih reaktora kako bi se optimizirao proces stabilizacije i povrata energije.

Kliknite ovdje da biste pročitali više o ultrazvučna dezintegracija mulja!

Ultrazvučna dezintegracija životinjskog gnoja prije anaerobne digestije poboljšava prinos bioplina.

Ultrazvučna energetska ravnoteža

The processed mentioned above do not require much ultrasonic energy. In general the surplus energy as a result sonication makes up for the energy used to generate the ultrasound. Hielscher ultrasonic devices have an overall efficiency of more than 85%. This means that more than 85% of the electric energy is converted and delivered to the liquid by means of mechanical energy. The actual energy requirement of a process can be determined in small scale using a 1kW ultrasonic processor in bench-top scale. All results from such bench-top trials can be scaled up easily. Hielscher supplies industrial ultrasonic processing equipment, worldwide. With industrial ultrasonic homogenizers of up to 16kW power per single sonicator, there is no limit in plant size or processing capacity.