Od UCO-a do biodizela pomoću ultrazvučnih reaktora

Rabljeno jestivo ulje (UCO) postalo je jedna od najprivlačnijih sirovina za održivu proizvodnju biodizela. Pretvorba UCO-a u biodizel, odnosno metilni ester rabljenog jestivog ulja, pomaže smanjiti količinu otpada, snižava troškove sirovina i podupire kružnije gospodarstvo goriva. Proizvođačima biodizela koji traže učinkovitu tehnologiju obrade Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel nude snažno rješenje za intenziviranje procesa transesterifikacije i esterifikacije.

Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel široko se primjenjuju za poboljšanje pretvorbe jeftinih ulja i masti u visokokvalitetni biodizel. Stvaranjem intenzivnog miješanja na mikroskopskoj razini ultrazvučna kavitacija ubrzava kemijske reakcije, poboljšava prijenos tvari između nemješljivih faza i pomaže proizvođačima ostvariti brzu, pouzdanu proizvodnju biodizela koja se može povećavati na veća mjerila.

UCOME – biodizel iz otpadnih ulja

UCOME je kratica za metilni ester rabljenog jestivog ulja. To je biodizelsko gorivo koje se proizvodi pretvorbom otpadnih jestivih ulja u metilne estere masnih kiselina kemijskom reakcijom s metanolom. Budući da je UCO reciklirana sirovina, UCOME je posebno privlačan i s gospodarskog i s okolišnog stajališta.
U usporedbi s nekorištenim biljnim uljima, UCO nudi jasne troškovne prednosti, ali donosi i izazove pri obradi. Rabljeno jestivo ulje često ima sljedeće sastojke i obilježja:

• Slobodne masne kiseline (FFA)
• Vodu
• Ostatke hrane i onečišćujuće tvari
• Produkte oksidacije
• Promjenjiv sastav ovisno o podrijetlu i povijesti uporabe

Zbog tih su čimbenika učinkovitost procesa i radna svojstva reaktora posebno važni. Upravo tu ultrazvučni reaktori za biodizel nude znatne prednosti.

 

U ovom videovodiču upoznajemo vas sa znanstvenim načelima prema kojima ultrazvučni reaktori za biodizel znatno poboljšavaju njegovu proizvodnju. Ultrazvučni reaktori Hielscher za biodizel dokazali su se kao moćan alat za unapređenje procesa proizvodnje biodizela, a u ovom vodiču detaljno objašnjavamo njihovo načelo rada i prikazujemo različite ultrazvučne konfiguracije za svaki opseg proizvodnje. Povećajte učinkovitost i ekonomičnost svoje proizvodnje biodizela te ostvarite veće prinose visokokvalitetnog biodizela uz brzu konverziju. Istodobno, ultrazvučni reaktori za biodizel omogućuju upotrebu ulja niske kvalitete, poput otpadnih biljnih ulja ili iskorištenih masnoća za kuhanje, te pomažu smanjiti potrošnju metanola i katalizatora, pridonoseći ekološki prihvatljivoj i održivoj proizvodnji biodizela.

 

Kako ultrazvučni reaktori za biodizel poboljšavaju pretvorbu UCO-a u UCOME

Tradicionalna proizvodnja biodizela često se oslanja na mehaničko miješanje i toplinu kako bi ulje, alkohol i katalizator došli u dodir. Budući da se ulje i metanol slabo miješaju, konvencionalni reaktori mogu imati niske brzine reakcije, nepotpunu pretvorbu, veću potrošnju kemikalija i dulja vremena zadržavanja.
Hielscher ultrazvučni reaktori upotrebljavaju ultrazvuk visokog intenziteta za stvaranje kavitacije u tekućini. Kavitacija stvara mikroskopske zone miješanja s iznimno velikim smičnim silama. Time se metanol raspršuje u vrlo sitne kapljice unutar uljne faze i stvara se mnogo veća međufazna površina za reakciju.

Rezultat je izrazito intenziviran proces proizvodnje biodizela s važnim prednostima:

• Brža transesterifikacija i esterifikacija
• Poboljšana učinkovitost pretvorbe
• Bolje iskorištavanje metanola i katalizatora
• Kraće vrijeme reakcije
• Mogućnost kontinuirane obrade u protočnoj liniji
• Jednostavan prijelaz s pilot-proizvodnje na industrijsku proizvodnju

Za sirovine UCO-a s povišenim udjelom FFA ultrazvuk je posebno koristan jer pospješuje i korake esterifikacije katalizirane kiselinom i korake transesterifikacije katalizirane bazom.

Od UCO-a do biodizela: pregled procesa

Pretvorba rabljenog jestivog ulja u biodizel općenito obuhvaća nekoliko faza procesa. Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel mogu se integrirati u jednostupanjske ili dvostupanjske procese, ovisno o kvaliteti sirovine.

Tipičan proces pretvorbe UCO-a u biodizel uključuje:

• Prikupljanje i skladištenje rabljenog jestivog ulja
• Filtraciju radi uklanjanja krutih tvari i čestica hrane
• Sušenje ili uklanjanje vode radi smanjenja udjela vlage
• Analizu FFA radi određivanja potrebnog reakcijskog puta
• Esterifikaciju slobodnih masnih kiselina kada je udio FFA visok
• Transesterifikaciju s metanolom radi nastanka metilnih estera
• Odvajanje biodizela i glicerola
• Pranje ili suho pročišćavanje biodizela
• Završno pročišćavanje radi ispunjavanja specifikacija kvalitete goriva

Kada su prisutni visoki udjeli FFA, često se primjenjuje predobrada esterifikacijom kako bi se slobodne masne kiseline pretvorile u estere prije glavnog koraka transesterifikacije. Ultrazvučna obrada može ubrzati obje faze i poboljšati ukupnu produktivnost postrojenja. Pročitajte više o dvostupanjskoj pretvorbi u biodizel potpomognutoj ultrazvukom!

Zašto su Hielscher ultrazvučni reaktori prikladni za biodizel UCOME

Hielscher ultrazvučni reaktori projektirani su za industrijsku obradu tekućina i posebno su učinkoviti u primjenama proizvodnje biodizela u kojima miješanje dviju tekućih faza određuje brzinu reakcije. Umjesto oslanjanja isključivo na miješanje cjelokupnog volumena, ultrazvuk stvara intenzivnu lokaliziranu energiju upravo ondje gdje je potrebna.
To proizvođačima donosi nekoliko praktičnih prednosti.

• Izvrsno miješanje ulja i metanola
  Jedno od ključnih ograničenja u proizvodnji biodizela jest slaba međusobna mješljivost ulja i metanola. Hielscher ultrazvučni reaktori stvaraju vrlo finu emulziju koja znatno poboljšava kontakt između reaktanata. Bolji kontakt znači bržu kinetiku reakcije i veći stupanj pretvorbe.
• Visoka učinkovitost pri obradi zahtjevnih sirovina
  UCO nije ujednačena sirovina. Njegov sadržaj vode, udio slobodnih masnih kiselina (FFA) i opterećenje onečišćujućim tvarima mogu se razlikovati od šarže do šarže. Hielscher reaktori pomažu ublažiti te razlike intenziviranjem reakcijskih uvjeta, čime proces postaje robusniji i prilagodljiviji.
• Kraće vrijeme zadržavanja
  Budući da ultrazvuk ubrzava esterifikaciju i transesterifikaciju, proizvođači često mogu postići ciljani stupanj pretvorbe u kraćem vremenu nego s konvencionalnim sustavima s miješanjem. To može smanjiti potreban volumen reaktora i povećati proizvodni kapacitet.
• Kontinuirani rad u protočnom sustavu
  Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel idealni su za kontinuiranu obradu. Konfiguracije protočnih reaktora omogućuju proizvodnju u stacionarnom stanju uz ponovljivu kvalitetu, što je iznimno vrijedno za komercijalna postrojenja za proizvodnju biodizela.
• Jednostavno povećanje proizvodnog mjerila
  Važna prednost Hielscher tehnologije jest linearno povećanje proizvodnog mjerila. Procesni parametri utvrđeni u laboratorijskim ili pilot-ispitivanjima mogu se uz veću predvidljivost prenijeti na veće proizvodne sustave. To smanjuje razvojni rizik i pojednostavnjuje planiranje proširenja.
• Industrijska pouzdanost
  Hielscher sustavi projektirani su za zahtjevan industrijski rad. Za proizvođače biodizela to znači pouzdan rad reaktora, ponovljive rezultate i kompatibilnost s automatiziranim procesnim linijama.
• Proizvodnja biodizela u skladu s normama ASTM D6751 i EN 14214
  Komercijalni proizvođači biodizela često nastoje zadovoljiti specifikacije kvalitete goriva kao što su ASTM D6751 i EN 14214. Te norme definiraju ključna svojstva, uključujući sadržaj estera, viskoznost, plamište, kiselinski broj, sadržaj vode, oksidacijsku stabilnost, granične vrijednosti onečišćujućih tvari i udio glicerina.

 
Pročitajte kako biodizel proizveden ultrazvukom funkcionira u dizelskim motorima s unutarnjim izgaranjem!

Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel upotrebljavaju se u procesima proizvodnje biodizela osmišljenima za postizanje kvalitete goriva u skladu s normama ASTM D6751 i EN 14214. U svojem istraživanju objavljenom 2020. godine Bastante-Saez i suradnici pokazali su da je biodizel proizveden iz otpadnih masti od kebaba s pomoću Hielscher ultrazvučnog reaktora dao visoke prinose metilnih estera masnih kiselina (FAME). Vrijednosti FAME-a bile su više (97,42% w/w za pileću mast i 96,98 za goveđu i janjeću mast) od minimalnog praga utvrđenog europskom normom EN 14214 (tj. najmanje 96,5% w/w).

 

 

Proizvodnja biodizela u malom mjerilu za poljoprivredna gospodarstva i korisnike izvan mreže

U nekim zemljama ili regijama propisi o biodizelu ograničeni su ili se ne provode za male privatne korisnike. Poljoprivrednici i vlasnici opreme mogu proizvoditi manje količine biodizela iz otpadnog jestivog ulja za potrošnju na vlastitoj lokaciji u traktorima, generatorima, grijačima ili drugoj poljoprivrednoj opremi na dizelski pogon.
U tim je slučajevima cilj često praktična zamjena goriva, a ne certificirana komercijalna prodaja. Ultrazvučni reaktori za biodizel mogu biti privlačni i za takvu decentraliziranu proizvodnju jer nude:

• Kratka vremena reakcije
• Učinkovitu pretvorbu uz kompaktnu opremu
• Dobru prikladnost za obradu otpadnih ulja promjenjivih svojstava
• Smanjenu ovisnost o velikim spremnicima s miješalicama
• Mogućnost modularnih sustava za obradu

Istodobno je važno jasno navesti da biodizel koji ne zadovoljava specifikacije možda nije prikladan za sve motore, možda nije u skladu s lokalnim zakonskim zahtjevima te može uzrokovati probleme sa skladištenjem, kompatibilnošću materijala, emisijama ili jamstvom za motor. Tamo gdje postoje norme za biodizel, gorivo treba ispitati i proizvesti u skladu s njima prije uporabe u primjenama koje podliježu propisima ili u cestovnim vozilima.

 

 

Ekonomske prednosti ultrazvučne proizvodnje biodizela iz UCO-a

Trošak sirovine jedna je od najvećih varijabli u ekonomici proizvodnje biodizela. Budući da je rabljeno jestivo ulje općenito jeftinije od rafiniranih biljnih ulja, nudi velik potencijal za smanjenje troškova. Međutim, te se uštede mogu izgubiti ako je proces spor, kemijski neučinkovit ili ne može obraditi sirovine promjenjivih svojstava.
Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel pomažu očuvati profitabilnost poboljšanjem učinkovitosti reakcije i produktivnosti postrojenja. Potencijalne ekonomske prednosti uključuju:

• Bolje iskorištavanje jeftinih sirovina na bazi UCO-a
• Povećan kapacitet obrade
• Skraćeno vrijeme reakcije
• Manju potrošnju energije za miješanje u usporedbi sa slučajevima neučinkovitog miješanja cijelog volumena
• Poboljšanu ujednačenost procesa
• Lakšu integraciju u kontinuirane proizvodne linije

Za proizvođače koji žele povećati opseg proizvodnje biodizela iz otpadnog ulja ova kombinacija fleksibilnosti u odabiru sirovina i intenzifikacije procesa može biti vrlo vrijedna.

Učinkovito pretvorite UCO u biodizel UCOME s pomoću Hielscher ultrazvučnih reaktora!

Pretvorba rabljenog jestivog ulja u UCOME pametan je način dobivanja obnovljivog goriva iz otpada uz istodobno poboljšanje održivosti i smanjenje troškova sirovine. Budući da je UCO često teže obraditi nego djevičanska ulja, tehnologija reaktora ima ključnu ulogu u postizanju učinkovite i pouzdane proizvodnje biodizela.
Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel intenziviraju reakciju između ulja i metanola miješanjem i prijenosom mase potaknutima kavitacijom. To omogućuje bržu esterifikaciju i transesterifikaciju, bolju obradu sirovina na bazi UCO-a promjenjivih svojstava te protočnu proizvodnju biodizela čiji se opseg može povećavati.
Kod komercijalnih proizvođača Hielscher ultrazvučni sustavi upotrebljavaju se u procesima proizvodnje biodizela osmišljenima za dobivanje goriva koje zadovoljava norme ASTM D6751 i EN 14214. Za poljoprivrednike i male korisnike u zemljama bez propisa o biodizelu ultrazvučni reaktori također mogu omogućiti proizvodnju manjih količina biodizela u kompaktnim postrojenjima za uporabu u lokalnoj opremi, uz uvažavanje činjenice da gorivo koje ne zadovoljava specifikacije treba upotrebljavati oprezno, u skladu s lokalnim zahtjevima i uz provjeru kompatibilnosti s motorom.
Ako je vaš cilj učinkovita proizvodnja UCOME-a iz UCO-a, Hielscher ultrazvučni reaktori za biodizel nude snažnu tehnološku platformu za suvremenu obradu biodizela koja omogućuje povećanje opsega proizvodnje.

Tablica u nastavku daje okvirni prikaz približnog kapaciteta obrade Hielscher ultrazvučnih reaktora za biodizel:

Protok	Snaga
20 – 100L/hr	1kW
80 – 400L/hr	4x1kW
0,3 – 1,5m³/hr	4x4kW
2 – 10m³/hr	6x16kW
20 – 100m³/hr	62x16kW

Zašto je Hielscher snažan izbor za proizvođače biodizela?

Hielscher je prepoznat po industrijskoj ultrazvučnoj tehnologiji osmišljenoj za stvarne procesne primjene. U proizvodnji biodizela Hielscher ultrazvučni reaktori pružaju praktičan način za intenziviranje pretvorbe UCO-a, poboljšanje miješanja metanola i ulja te potporu učinkovitoj proizvodnji biodizela iz otpadnih ulja i masti.

Ključni razlozi zbog kojih proizvođači odabiru Hielscher uključuju:

• Dokazanu stručnost u području ultrazvuka
• Izvedbe protočnih reaktora za kontinuiranu obradu biodizela
• Prikladnost za esterifikaciju i transesterifikaciju
• Pouzdan put povećanja opsega od laboratorija do proizvodnje
• Robusnu opremu za industrijska okruženja
• Učinkovitu obradu zahtjevnih sirovina kao što je rabljeno jestivo ulje

Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – kvaliteta proizvedena u Njemačkoj

Hielscher ultrazvučni uređaji poznati su po najvišim standardima kvalitete i dizajna. 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 je tvrtka s ISO certifikatom koja poseban naglasak stavlja na ultrazvučne uređaje visokih performansi s najsuvremenijom tehnologijom i jednostavnim rukovanjem. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji sukladni su zahtjevima CE te ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

---

---

Literatura / Reference

• 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.
• M. Maghami, S.M. Sadrameli, B. Ghobadian (2015): Production of biodiesel from fishmeal plant waste oil using ultrasonic and conventional methods. Applied Thermal Engineering, Volume 75,
  2015. 575-579.
• Veera Gnaneswar Gude, Georgene Elizabeth Grant (2013): Biodiesel from waste cooking oils via direct sonication. Applied Energy, Volume 109, 2013. 135-144.
• Medeiros, Eliane; Vieira, Bruno; Pereira, Cláudio; Nadaleti, Willian; Quadro, Maurizio; Andreazza, Robson (2019): Production of biodiesel using oil obtained from fish processing residue by conventional methods assisted by ultrasonic waves: Heating and stirring. Renewable Energy 2019.
• Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences ; Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
• 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.
• Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).