Povećanje učinkovitosti proizvodnje bioenergije ultrazvukom velike snage

Primjena ultrazvuka visokog intenziteta (sonikacije) u proizvodnji obnovljive energije predstavlja značajan napredak u učinkovitosti procesa. Iskorištavanjem akustične kavitacije ultrazvučna tehnologija poboljšava prijenos mase, razara stanične strukture i ubrzava kemijske reakcije u različitim postupcima proizvodnje biogoriva, uključujući biodizel, bioetanol i bioplin.
Potražnja za obnovljivim gorivima raste dok cijene nafte dosežu nove najviše razine. Primjena ultrazvučne tehnologije u proizvodnji zelenih goriva, poput biodizela, bioetanola i bioplina, poboljšava tehničku i komercijalnu učinkovitost.

Biodizel iz otpadnog biljnog ulja i životinjske masti

Biodizel je obnovljivo gorivo koje se može upotrebljavati u dizelskim motorima kao alternativa dizelskom gorivu proizvedenom iz nafte. Biodizel se proizvodi transesterifikacijom sirovina poput biljnih ulja, životinjskih masti ili drugih masti. Najčešće se upotrebljavaju sirovine poput sojina ulja, ulja uljane repice ili ulja algi. Proizvodnja biodizela uključuje katalitičku reakciju s alkoholom (metanolom ili etanolom). Ultrazvučno miješanje ulja ili masti s alkoholom znatno poboljšava brzinu reakcije i prinos. Time se smanjuju investicijski i operativni troškovi.

• Ubrzana transesterifikacija: Ultrazvučno ozračivanje znatno skraćuje vrijeme reakcije za proizvodnju biodizela, često s nekoliko sati na manje od pet minuta.
• Poboljšano odvajanje: Tehnologija poboljšava odvajanje glicerina od biodizela, skraćujući vrijeme taloženja s nekoliko sati na manje od 15 minuta.
• Veći prinosi: Ultrazvučna obrada može omogućiti prinose biodizela veće od 99% osiguravanjem temeljitog miješanja reaktanata.

Kliknite ovdje kako biste saznali više o ultrazvučnim reaktorima za miješanje u proizvodnji biodizela!

Bioetanol iz škroba i šećera

Bioetanol se upotrebljava kao zelena alternativa benzinu. Proizvodi se fermentacijom kukuruza, pšenice, krumpira, šećerne trske, riže i drugih žitarica. Kvasac se upotrebljava za fermentaciju škroba i šećera iz tih kultura u etanol. Ultrazvučno razaranje staničnih struktura i ekstrakcija unutarstaničnog materijala smanjuju veličinu čestica i tijekom ukapljivanja izlažu znatno veću površinu djelovanju enzima. Time se poboljšava bioraspoloživost škroba i šećera te postiže brža i potpunija fermentacija koja rezultira većom količinom etanola.
Proizvodnja bioetanola uvelike ovisi o učinkovitoj razgradnji lignocelulozne biomase radi oslobađanja fermentabilnih šećera. Ultrazvuk pridonosi tom procesu na nekoliko načina:

• Poboljšana hidroliza: Ultrazvučna predobrada olakšava razaranje biljnih čestica i poboljšava oslobađanje glukoze iz kukuruzne suspenzije u postrojenjima za proizvodnju etanola postupkom suhog mljevenja.
• Potaknuta fermentacija: Pokazalo se da ultrazvuk potiče proizvodnju etanola tijekom istodobne saharifikacije i fermentacije (SSF) materijala poput miješanog otpadnog uredskog papira.
• Učinkovitost ekstrakcije: Ultrazvuk velike snage učinkovit je u ekstrakciji aktivnih sastojaka poput ksilana i heteroksilana iz kukuruznih oklasaka i ljuski, kao i u poboljšanju ekstrakcije ulja iz soje, čime podupire šire proizvodne lance koji se temelje na biološkim sirovinama.

Kliknite ovdje kako biste saznali više o razaranju stanica i ekstrakciji!

Bioplin iz otpada i mulja

Komunalni organski otpad, kanalizacijski mulj, gnojnica i stajski gnoj služe kao izvor bioplina. Obradom takvog materijala u aerobnim ili anaerobnim digestorima organski se materijal pretvara u bioplin. Ultrazvučno razaranje organskog materijala prije digestije mijenja strukturu materijala te oslobađa i aktivira enzime. Time se poboljšava digestija organskog materijala, što dovodi do brže obrade, veće količine plina i manje preostalog mulja. To pak povećava kapacitet postojećih digestora i smanjuje troškove zbrinjavanja.

Pri anaerobnoj digestiji ultrazvučna predobrada upotrebljava se za razaranje biomase (poput viška aktivnog mulja) kako bi organska tvar postala dostupnija bakterijama.

• Povećan prinos bioplina: Sonikacija se pokazala učinkovitom u povećanju kumulativne proizvodnje bioplina. U istraživanjima su zabilježena povećanja proizvodnje bioplina od 26% do 36% u usporedbi s neobrađenim muljem.
• Poboljšano smanjenje količine krutih tvari: Ultrazvučna obrada poboljšava razgradnju hlapljivih krutih tvari (VS). Primjerice, razgradnja VS-a može se povećati s 30% na 35% ili čak više (do 39%), ovisno o organskom opterećenju i unosu energije.
• Integracija s obradom otpadnih voda: Biokrute tvari iz gradskih i industrijskih postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda, kao i one iz samih bioplinskih postrojenja, mogu se učinkovito obrađivati ultrazvučnim reaktorima radi optimizacije procesa stabilizacije i energetske oporabe.

Kliknite ovdje kako biste saznali više o ultrazvučnom razaranju mulja!

Ultrazvučno razaranje životinjskog gnoja prije anaerobne digestije poboljšava prinose bioplina.

Energetska bilanca ultrazvučne obrade

Prethodno navedeni procesi ne zahtijevaju mnogo ultrazvučne energije. Općenito, višak energije koji nastaje kao rezultat sonikacije nadoknađuje energiju upotrijebljenu za stvaranje ultrazvuka. Ultrazvučni uređaji Hielscher imaju ukupnu učinkovitost veću od 85%. To znači da se više od 85% električne energije pretvara u mehaničku energiju i u tom obliku prenosi u tekućinu. Stvarna potreba procesa za energijom može se odrediti u malom mjerilu, uporabom stolnog ultrazvučnog procesora snage 1kW. Svi rezultati takvih stolnih ispitivanja mogu se lako prenijeti na veće mjerilo. Hielscher isporučuje industrijsku opremu za ultrazvučnu obradu diljem svijeta. Uz industrijske ultrazvučne homogenizatore snage do 16kW po pojedinačnom sonikatoru nema ograničenja u veličini postrojenja ili kapacitetu obrade.