Használt sütőolaj átalakítása megbízható biodízellé dízelmotorok számára

A használt sütőolaj a biodízelgyártás ma rendelkezésre álló egyik legvonzóbb alapanyaga. Olcsó, széles körben elérhető, és segít megoldani egy hulladékkezelési problémát. Ugyanakkor jól ismert feldolgozási nehézséget is jelent: a gyenge minőségű alapanyagok, például a hulladék növényi olajok, a használt sütőolajok, a sütőzsírok, az állati zsírok, a faggyú vagy a halolajok hatékony átalakítása nehezebb, mint a finomított, még fel nem használt olajoké.

Az ultrahanggal segített átészterezésről szóló friss tanulmány bemutatja, hogyan küzdhető le ez a probléma ultrahangos keveréssel. A kutatók optimalizálták a használt sütőolajból (WCO) történő biodízelgyártást, majd dízelmotorban tesztelték az így kapott biodízelt és a biodízel–gázolaj keverékeket. Eredményeik két fontos következtetést támasztanak alá: először is, az ultrahangos kezelés még a nehezen feldolgozható alapanyagok esetében is gyors és nagy hozamú átalakítást tesz lehetővé; másodszor, az így kapott biodízel–gázolaj keverékek módosítás nélkül használhatók dízelmotorokban, a gázolajéhoz közeli teljesítmény és kedvezőbb károsanyag-kibocsátás mellett.

Készen áll arra, hogy olcsó hulladékolajokból nagy értékű biodízelt állítson elő?

A Hielscher ultrahangos biodízelreaktorok segítik a gyártókat a nehezen feldolgozható alapanyagok, például a használt sütőolaj, a sütőzsírok, a faggyú és a halolaj átalakításában, nagyobb reakciósebesség, rövidebb tartózkodási idő és jobb folyamathatékonyság mellett. Lépjen kapcsolatba velünk most, hogy egyeztessünk az alapanyagáról, a tervezett kapacitásról és a folyamatos ultrahangos biodízelgyártáshoz szükséges reaktorkialakításról.

Miért jelentenek nehézséget a gyenge minőségű alapanyagok a biodízelgyártásban?

Az olcsó biodízel-alapanyagok vonzóak, mert az alapanyagköltség meghatározó a gyártás gazdaságosságában. Belal és munkatársai 2025-ben megjelent tanulmánya bemutatja, hogy a használt sütőolajok és zsírok ultrahangos keveréssel hatékonyan alakíthatók biodízellé. Ezt követően az ultrahanggal előállított biodízelt sikeresen használták dízelmotorokban.
Bár a hulladékolajok használata elkerüli az étkezési olajokhoz kapcsolódó, élelmiszer- és üzemanyagcélú felhasználás közötti konfliktust, nehézséget jelent, hogy a gyenge minőségű alapanyagok változékonyabbak és nehezebben feldolgozhatók. A hagyományos átészterezés során az alkohol- és az olajfázis nem elegyedik, ezért a reakció hatékonysága nagymértékben függ attól, hogy a rendszer mennyire képes leküzdeni az anyagátadási korlátokat. Leromlott állapotú vagy gyenge minőségű olajok és zsírok esetében ezek a korlátok fokozódnak, ami gyakran lassabb átalakuláshoz, hosszabb tartózkodási időhöz, nehezebb fázisszétválasztáshoz és összességében kevésbé hatékony feldolgozáshoz vezet. Az ultrahangos keverés ezen a ponton hoz valódi áttörést.

Miért teszi lehetővé az ultrahangos kezelés a gyenge minőségű alapanyagok felhasználását?

Az ultrahangos kezelés lehetővé teszi a gyenge minőségű alapanyagok, például a hulladék növényi olajok, a használt sütőolajok, a sütőzsírok, a marhafaggyú vagy a halolajok hatékonyabb feldolgozását, mert az ultrahangos kavitáció sokkal jobb érintkezést kényszerít ki az egymással nem elegyedő olaj- és alkoholfázis között, jelentősen javítva a keveredést, valamint a hő- és anyagátadást. Az ultrahangos keverésnek emellett fizikai és kémiai hatásai is vannak: az ultrahangos kavitáció intenzívebbé teszi a reakciókörnyezetet, és elősegítheti a rendkívül reakcióképes gyökök képződését, amelyek tovább gyorsítják a reakciókinetikát, és támogatják a gyorsabb, teljesebb átészterezést.
Pontosan ezért olyan értékes az ultrahangos kezelés a gyengébb minőségű nyersanyagok esetében. Ellensúlyozza azokat a korlátokat, amelyek általában megnehezítik ezeknek az alapanyagoknak a feldolgozását a hagyományos rendszerekben.

Mit ért el a tanulmány az ultrahangos kezeléssel?

A kisméretű laboratóriumi összeállítás helyett az ipari biodízelgyártók számára az ultrahangos kezeléssel elért folyamatintenzifikálás a legfontosabb eredmény. Optimalizált ultrahangos körülmények között Belal és munkatársai (2025) tanulmánya 96,65%-os biodízelhozamot ért el. A szerzők hagyományos referenciaeljárásához képest az ultrahanggal segített átészterezés 90 percről 6 percre csökkentette a reakcióidőt, és 720 percről 30 percre rövidítette a biodízel és a glicerin szétválasztásának idejét.
Ezek rendkívül jelentős eredmények az ipari biodízelgyártás szempontjából, mert azt mutatják, hogy az ultrahangos kezelés nem csupán kissé javítja a keveredést – alapvetően felgyorsítja az átalakulást és az azt követő szétválasztást.
 

Az ultrahangos módszer az első 1,5 percen belül körülbelül 75%-os konverziót ér el, és 6 perc után körülbelül 90%-os konverziónál állandósul.
A hagyományos módszer sokkal lassabb átalakulást mutat, és 8 perc után csak körülbelül 40%-os konverziót ér el.
Tanulmány és grafikon: ©Fayyyazi et al. 2014

Hogyan érvényesül mindez a Hielscher folyamatos átfolyásos biodízel-feldolgozásában?

Ipari alkalmazás esetén ezek az eredmények közvetlenül megmutatkoznak a Hielscher ipari ultrahangos kezelőberendezéseivel és reaktoraival végzett folyamatos átfolyásos ultrahangos biodízel-feldolgozás előnyeiben. A tanulmányban bemutatott kavitációs mechanizmus – az intenzívebb keveredés, a jobb fázishatárfelületi érintkezés, a gyorsabb hő- és anyagátadás, valamint a gyorsított reakciókinetika – pontosan az, ami az inline ultrahangos reaktorok teljesítményét meghatározza.
Folyamatos üzem esetén az olajat, az alkoholt és a katalizátort átszivattyúzzák az ultrahangos reaktorzónán, ahol a nagy intenzitású kavitáció folyamatosan diszpergálja és reakcióba viszi a fázisokat. Ez rövidebb tartózkodási időt, gyorsabb átalakulást, a változó minőségű, olcsó alapanyagok megbízhatóbb feldolgozását és gyorsabb utólagos szétválasztást tesz lehetővé. A WCO-val, használt sütőzsírokkal, faggyúval vagy halolajjal dolgozó ipari gyártók számára a legfontosabb következtetés egyértelmű: az ultrahangos kezelés kereskedelmileg vonzóbbá teszi a nehezen feldolgozható alapanyagokat azáltal, hogy rövidebb idő alatt jobb átalakulást biztosít.

Az ultrahangos kezelés javítja az üzemanyag minőségét

Lényeges szempont, hogy a nyers hulladékolajok nem alkalmasak motorüzemanyagnak. A tanulmány termogravimetriás elemzése összehasonlította a gázolajat, a nyers WCO-t, a hagyományosan előállított biodízelt és az ultrahangos keveréssel előállított biodízelt. A szerzők megállapították, hogy a nyers WCO párolgási jellemzői voltak a legkedvezőtlenebbek, míg az ultrahanggal előállított biodízel jobb párolgási jellemzőket mutatott a nyers WCO-hoz, sőt még a hagyományos átészterezéssel előállított biodízelhez képest is.
Ez azért lényeges, mert a kedvezőtlen párolgás és a gyenge porlasztás a fő okok közé tartozik, amelyek miatt a kezeletlen hulladékolajok a befecskendezők elszennyeződését, tökéletlen égést és lerakódásokat okozhatnak. A tanulmány megjegyzi, hogy a nyers WCO oldhatatlan oligomereket tartalmazott, amelyek a befecskendezőrendszer eltömítésével károsíthatják a motort, míg a megfelelő átészterezés jelentősen javítja az üzemanyag viselkedését.

Használhatók-e a biodízel–gázolaj keverékek problémamentesen dízelmotorokban?

Belal és munkatársai (2025) tanulmánya azt mutatja, hogy igen, az ultrahanggal előállított biodízel problémamentesen használható szabványos dízelmotorokban. A kutatók a B10, B20, B30, B40 és B100 keverékeket tesztelték dízelmotorban, állandó fordulatszámon, változó terhelés mellett. Következtetésük szerint a gázolaj WCO-biodízellel vagy biodízel–gázolaj keverékekkel helyettesíthető a motor módosítása nélkül, és a B40 volt az ajánlott keverék, mert hasonló motorteljesítményt egyértelműen kedvezőbb károsanyag-kibocsátással párosított.
Még ha nem is minden mutató azonos a fosszilis gázolajéval, a keverékek teljes mértékben használhatók a szabványos dízelmotorok üzemeltetésében, miközben a teljesítménybeli eltérések kicsik, a kibocsátási előnyök pedig jelentősek.
 

Különböző biodízel/gázolaj keverékek 10–100%-os motorterhelés mellett. – Balra: a BSFC változása / Jobbra: a BTE változása különböző biodízel/gázolaj keverékekkel, 10–100%-os motorterhelés mellett
Tanulmány és grafikonok: ©Belal et al., 2025

Motorteljesítmény: közel a gázolajéhoz, kisebb kompromisszumokkal

A tanulmány megállapította, hogy a biodízel-keverékek a gázolajéhoz hasonló motorteljesítményt biztosítottak, a fékteljesítményre vonatkoztatott fajlagos üzemanyag-fogyasztás enyhe növekedése és az effektív termikus hatásfok kismértékű csökkenése mellett.
Ezek a változások várhatók. A mért tulajdonságok szerint a WCO-biodízel sűrűsége és viszkozitása nagyobb, fűtőértéke pedig kisebb volt a gázolajénál, bár a cetánszám ebben a tanulmányban azonos volt. Ez azt jelenti, hogy ugyanazon teljesítmény előállításához kissé több üzemanyagra lehet szükség, de a motor a keverékekkel továbbra is rendeltetésszerűen működik.
Gyakorlati szempontból ez alátámasztja azt az érvet, hogy a biodízel-keverékek dízelmotorokban üzemszerűen használhatók akkor is, ha gyenge minőségű alapanyagokból, például használt sütőolajból állítják elő őket.

Kibocsátás: jelentős előnyök a biodízel bekeveréséből

A biodízel a kibocsátási eredményekben mutatta a legnagyobb előnyeit.

Teljes terhelésen a B100 az alábbiakban eredményezte a legnagyobb csökkenést:

• CO: 42,9%-os csökkenés
• el nem égett szénhidrogének: 29,9%-os csökkenés
• füst opacitása: 42,1%-os csökkenés

a tiszta gázolajhoz képest.
A tanulmány ezeket az előnyöket a biodízel nagyobb oxigéntartalmának és kisebb széntartalmának tulajdonítja, amelyek elősegítik a teljesebb égést és csökkentik a koromképződést.

Mit jelent ez a biodízelgyártók számára?

A gyenge minőségű alapanyagok gazdaságilag vonzóak, de hagyományos technológiával nehezebben feldolgozhatók. Az ultrahangos kezelés megváltoztatja ezt a helyzetet az olaj és az alkohol közötti anyagátadási akadály leküzdésével és az átalakulás jelentős felgyorsításával. A tanulmányban ez 96,65%-os biodízelhozamot, a reakcióidő 90 percről 6 percre rövidítését és a szétválasztási idő 12 óráról 30 percre csökkentését jelentette.
A folyamatos ipari biodízelrendszerek esetében ez a Hielscher ultrahangos feldolgozás alapvető előnyeiben érvényesül: nagyobb feldolgozási kapacitás, rövidebb tartózkodási idő, az alapanyagok változékonyságával szembeni nagyobb tűrőképesség, valamint hatékonyabb gyártás olcsó olajokból és zsírokból.
 

UIP1000hdT ultrahangos reaktor a hulladékolajok és zsírok hatékonyabb biodízellé alakításához.

Hielscher ultrahangos kezelőberendezések a WCO-ból történő biodízelgyártáshoz

A tanulmány bemutatja, miért olyan hatékony eszközök a Hielscher ultrahangos kezelőberendezések a gyenge minőségű alapanyagokból történő biodízelgyártáshoz. Az ultrahangos kavitáció a keveredés, a hőátadás, az anyagátadás és a reakciókinetika javításával intenzívebbé teszi az átészterezést, lehetővé téve a nehezen feldolgozható nyersanyagok, például a használt sütőolajok és más leromlott állapotú olajok és zsírok gyors és hatékony átalakítását. Optimalizált körülmények között a tanulmány mindössze 6 perc alatt 96,65%-os biodízelhozamot ért el, a hagyományos feldolgozáshoz képest lényegesen gyorsabb glicerinleválasztással.
Ugyanilyen fontos, hogy az így kapott biodízel a motorüzemben is gyakorlatban használhatónak bizonyult. A biodízel–gázolaj keverékek a hagyományos gázolajéhoz közeli teljesítményt mutattak, miközben jelentősen csökkentették a CO, az el nem égett szénhidrogének és a füst kibocsátását. Az ajánlott B40 keverék hasonló mechanikai teljesítményt a legkiegyensúlyozottabb kibocsátási jellemzőkkel párosított, és a motor módosítása nélkül volt használható.
A Hielscher ultrahangos kezelőberendezések nemcsak felgyorsítják a biodízelgyártást – alkalmassá teszik az olcsó, gyenge minőségű alapanyagokat a hatékony, folyamatos feldolgozásra, és a hulladékolajokat és zsírokat gyakorlatban használható, motorüzemre kész üzemanyaggá alakítják.

Az alábbi táblázat tájékoztatást ad a Hielscher ultrahangos biodízelreaktorok hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:

A Hielscher ultrahangos biodízelkeverők használatának gazdasági és környezeti hatásai

Gholami és munkatársai (2021) műszaki-gazdasági modellje a következőket mutatta ki:

• A teljes beruházási költség körülbelül 21%-kal csökkent,
• A termék tonnánkénti költsége körülbelül 5%-kal csökkent,
• A keletkező hulladék mennyisége a mechanikus keverés során keletkező mennyiség egyötödére csökkent,
• A belső megtérülési ráta (IRR) 18,3%-ra javult pozitív nettó jelenérték (NPV) mellett, míg a hagyományos eljárás továbbra is gazdaságtalan maradt.

Környezeti szempontból a metanolfelesleg csökkentése közvetlenül mérsékli az illékony szerves vegyületek kibocsátását és csökkenti a hőenergia-felhasználást, összhangba hozva az ultrahangos biodízelgyártást a környezetbarát gyártás céljaival.

Az ultrahangos biodízelreaktor előnyeinek áttekintése

(az összehasonlító tanulmány eredményei, vö. Gholami et al., 2021)

Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban készült minőség

A Hielscher ultrahangos berendezések a legmagasabb minőségi és tervezési színvonalukról ismertek. Robusztusságuk és könnyű kezelhetőségük lehetővé teszi ultrahangos berendezéseink zökkenőmentes integrálását ipari létesítményekbe. A Hielscher ultrahangos berendezések könnyedén megbirkóznak a zord körülményekkel és a nagy igénybevételt jelentő környezetekkel.

A Hielscher Ultrasonics ISO-tanúsítvánnyal rendelkező vállalat, amely különös hangsúlyt fektet a korszerű technológiát és felhasználóbarát működést kínáló, nagy teljesítményű ultrahangos berendezésekre. A Hielscher ultrahangos berendezések természetesen megfelelnek a CE előírásainak, valamint teljesítik az UL, a CSA és a RoHs követelményeit.

Szakirodalom / Hivatkozások

• 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.