A bioenergia-termelés hatékonyságának növelése nagy teljesítményű ultrahang segítségével

A nagy intenzitású ultrahang (szonikáció) alkalmazása a megújuló energia előállításában jelentős előrelépést jelent a folyamat hatékonysága szempontjából. Az akusztikus kavitáció kihasználásával az ultrahangos technológia javítja a tömegátvitelt, felbontja a sejtszerkezeteket, és felgyorsítja a kémiai reakciókat a különböző bioüzemanyag-előállítási folyamatokban, ideértve a biodízelt, a bioetanolt és a biogázt is.
A megújuló üzemanyagok iránti kereslet növekszik, mivel az olajárak új magasságokat jeleznek. Az ultrahangos technológia alkalmazása zöld üzemanyagok, például biodízel, bioetanol és biogáz előállításához javítja a műszaki és kereskedelmi hatékonyságot.

Hulladék növényi olajból és állati zsírból előállított biodízel

A biodízel egy megújuló üzemanyag, amelyet dízelmotorokban lehet használni a kőolajból előállított dízelüzemanyag alternatívájaként. A biodízelt transzesterifikációval állítják elő olyan alapanyagokból, mint a növényi olajok, állati zsírok vagy kenőzsírok. A leggyakoribb alapanyagok a szójabab-, repce- vagy algaból nyert olajok. A biodízel előállítása során alkohol (metanol vagy etanol) segítségével katalitikus reakciót hajtanak végre. Az olaj, zsír vagy kenőanyag és az alkohol ultrahangos keverése jelentősen javítja a reakció sebességét és a hozamot. Ez csökkenti a beruházási és üzemeltetési költségeket.

• Gyorsított átészterezés: Az ultrahangos besugárzás jelentősen lerövidíti a biodízel-előállítás reakcióidejét, amely így gyakran órákról kevesebb mint öt percre csökken.
• Továbbfejlesztett elválasztás: A technológia javítja a glicerin és a biodízel elválasztását, így az ülepítési időt több óráról 15 perc alá csökkenti.
• Magasabb hozamok: Az ultrahangos kezelés a reagensanyagok alapos összekeverésének biztosításával elősegítheti a 99%-ot meghaladó biodízel-hozam elérését.

Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a biodízel ultrahangos keverőreaktorairól!

Bioetanol keményítőből és cukorból

A bioetanolt a benzin környezetbarát alternatívájaként használják. Kukoricából, búzából, burgonyából, cukornádból, rizsből és egyéb gabonafélékből erjesztéssel állítják elő. Az élesztő segítségével a növényekben található keményítő és cukor etanollá erjed. A sejtszerkezetek ultrahangos felbomlása és az intracelluláris anyagok kivonása csökkenti a részecskék méretét, és a cseppfolyósítás során sokkal nagyobb felületet tesz elérhetővé az enzimek számára. Ez javítja a keményítő és a cukor biológiai hozzáférhetőségét, és gyorsabb, teljesebb erjedést eredményez, ami több etanol előállítását teszi lehetővé.
A bioetanol-előállítás nagymértékben függ a lignocellulóz-tartalmú biomassza hatékony lebontásától, amelynek során erjeszthető cukrok szabadulnak fel. Az ultrahang többféle módon is elősegíti ezt a folyamatot:

• Fokozott hidrolízis: Az ultrahangos előkezelés elősegíti a növényi részecskék szétesését, és javítja a glükóz felszabadulását a kukoricaszuszpenzióból a szárazőrléses etanolgyárakban.
• Indított erjedés: Bebizonyosodott, hogy az ultrahang serkenti az etanoltermelést olyan anyagok – például vegyes irodai papírhulladék – egyidejű szacharifikációja és erjesztése (SSF) során.
• Kivonási hatékonyság: A nagy teljesítményű ultrahang hatékonyan alkalmazható a kukoricacsövekből és -héjakból származó aktív összetevők – például a xilán és a heteroxilán – kivonására, valamint a szójababból történő olajkivonás fokozására, ami elősegíti a bioalapú termelési láncok kiterjesztését.

Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni sejt szétesése és Extrakció!

Hulladékból és iszapból származó biogáz

A települési szerves hulladék, a szennyvíziszap, a mocsok és a trágya biogázforrásként szolgál. Az ilyen anyagok aerob vagy anaerob rothasztókban történő feldolgozása a szerves anyagot biogázzá alakítja. Ultrahangos a szerves anyag szétesése Az emésztés előtt megváltoztatja az anyag szerkezetét, felszabadítja és aktiválja az enzimeket. Ez javítja a szerves anyag emésztését, ami gyorsabb feldolgozást, több gázt és kevesebb maradék iszapot eredményez. Ez viszont növeli a meglévő rothasztók kapacitását és csökkenti az ártalmatlanítási költségeket.

Az anaerob lebontás során ultrahangos előkezelést alkalmaznak a biomassza (például a hulladék aktív iszap) szétbontására, hogy a szerves anyagok a baktériumok számára könnyebben hozzáférhetővé váljanak.

• Megnövekedett biogáz-hozam: A szonikáció hatékonynak bizonyult a kumulatív biogáztermelés növelésében. Különböző tanulmányok szerint a biogáztermelés a kezeletlen iszaphoz képest 26–36%-kal nőtt.
• A szilárdanyag-tartalom csökkentésének javítása: Az ultrahangos kezelés fokozza az illékony szilárd anyagok (VS) lebontását. Például a VS-lebontás mértéke a szerves terheléstől és az energia-beviteltől függően 30%-ról 35%-ra, vagy akár ennél is magasabbra (akár 39%-ra) is emelkedhet.
• Szennyvízkezelés integrálása: A városi és ipari szennyvíztisztító telepekről, valamint magukból a biogázüzemekből származó bioszolidokat ultrahangos reaktorok segítségével hatékonyan lehet feldolgozni a stabilizációs és az energiavisszanyerési folyamat optimalizálása érdekében.

Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni ultrahangos iszap szétesés!

Az állati trágya anaerob lebontása előtti ultrahangos bontása javítja a biogázhozamot.

Ultrahangos energiamérleg

A fent említett eljárások nem igényelnek nagy mennyiségű ultrahangos energiát. Általánosságban elmondható, hogy az ultrahangos kezelés során keletkező többletenergia fedezi az ultrahang előállításához felhasznált energiát. A Hielscher ultrahangos készülékeinek teljes hatékonysága meghaladja a 85%-ot. Ez azt jelenti, hogy az elektromos energia több mint 85%-a mechanikai energiává alakul át, és jut el a folyadékba. A folyamat tényleges energiaigénye kis léptékben, asztali méretű, 1 kW teljesítményű ultrahangos feldolgozó segítségével határozható meg. Az ilyen asztali kísérletekből származó összes eredmény könnyen méretezhető fel. A Hielscher világszerte szállít ipari ultrahangos feldolgozó berendezéseket. Az egyes ultrahangos készülékek akár 16 kW teljesítményű ipari ultrahangos homogenizátorokkal a létesítmény mérete vagy a feldolgozási kapacitás tekintetében nincs korlát.