A bioenergia-termelés hatékonyságának növelése nagy teljesítményű ultrahanggal

A nagy intenzitású ultrahang alkalmazása (ultrahangos kezelés) a megújulóenergia-termelésben jelentős előrelépést jelent a folyamatok hatékonyságában. Az akusztikus kavitáció révén az ultrahangos technológia javítja az anyagátadást, roncsolja a sejtszerkezeteket és felgyorsítja a kémiai reakciókat a különböző bioüzemanyagok, köztük a biodízel, a bioetanol és a biogáz előállítási folyamataiban.
A megújuló üzemanyagok iránti kereslet egyre nő, ahogy az olajárak újabb csúcsokat érnek el. Az ultrahangos technológia alkalmazása a környezetbarát üzemanyagok, például a biodízel, a bioetanol és a biogáz előállításában javítja a műszaki és a gazdasági hatékonyságot.

Biodízel használt növényi olajból és állati zsírból

A biodízel megújuló üzemanyag, amely dízelmotorokban a kőolajból előállított dízelüzemanyag alternatívájaként használható. A biodízelt átészterezéssel állítják elő olyan alapanyagokból, mint a növényi olajok, az állati zsírok vagy a zsiradékok. A leggyakoribb alapanyagok közé tartozik a szójaolaj, a repceolaj és az algaolaj. A biodízel előállítása alkohollal (metanollal vagy etanollal) végzett katalitikus reakciót foglal magában. Az olaj, a zsír vagy a zsiradék ultrahangos keverése az alkohollal jelentősen javítja a reakciósebességet és a kihozatalt. Ez csökkenti a beruházási és az üzemeltetési költségeket.

• Gyorsabb átészterezés: Az ultrahangos besugárzás jelentősen csökkenti a biodízel előállításának reakcióidejét, gyakran több óráról kevesebb mint öt percre.
• Jobb elválasztás: A technológia javítja a glicerin elválasztását a biodízeltől, és az ülepedési időt több óráról 15 percnél rövidebbre csökkenti.
• Nagyobb kihozatal: Az ultrahangos kezelés a reagensek alapos keverésének biztosításával elősegítheti a 99%-ot meghaladó biodízel-kihozatalt.

Kattintson ide, és tudjon meg többet a biodízel előállításához használt ultrahangos keverőreaktorokról!

Bioetanol keményítőből és cukorból

A bioetanolt a benzin környezetbarát alternatívájaként használják. Kukoricából, búzából, burgonyából, cukornádból, rizsből és más gabonafélékből állítják elő fermentációval. Élesztőt használnak az ezekben a növényekben található keményítő és cukrok etanollá történő erjesztéséhez. A sejtszerkezetek ultrahangos roncsolása és a sejten belüli anyagok extrakciója csökkenti a részecskeméretet, és az elfolyósítás során sokkal nagyobb felületet tesz hozzáférhetővé az enzimek számára. Ez javítja a keményítő és a cukor biológiai hozzáférhetőségét, és gyorsabb, teljesebb fermentációt eredményez, ami több etanolhoz vezet.
A bioetanol előállítása nagymértékben függ a lignocellulóz-biomassza hatékony lebontásától, amelynek során erjeszthető cukrok szabadulnak fel. Az ultrahang többféle módon segíti ezt a folyamatot:

• Jobb hidrolízis: Az ultrahangos előkezelés elősegíti a növényi részecskék szétesését, és javítja a glükóz felszabadulását a kukoricaszuszpenzióból a száraz őrléses etanolüzemekben.
• Serkentett fermentáció: Kimutatták, hogy az ultrahang serkenti az etanoltermelést olyan anyagok egyidejű cukrosítása és fermentációja (SSF) során, mint a vegyes irodai papírhulladék.
• Az extrakció hatékonysága: A nagy teljesítményű ultrahang hatékonyan alkalmazható olyan aktív összetevők, mint a xilán és a heteroxilán, kinyerésére kukoricacsutkából és kukoricahéjból, valamint a szójababból történő olajkinyerés javítására, ami a biológiai alapú termelési láncok szélesebb körét támogatja.

Kattintson ide, és tudjon meg többet a sejtfeltárásról és az extrakcióról!

Biogáz hulladékból és iszapból

A települési szerves hulladék, a szennyvíziszap, a trágyalé és a trágya biogázforrásként szolgál. Az ilyen anyagok aerob vagy anaerob lebontóberendezésekben történő feldolgozása a szerves anyagot biogázzá alakítja. A szerves anyag ultrahangos roncsolása a lebontás előtt megváltoztatja az anyag szerkezetét, valamint enzimeket szabadít fel és aktivál. Ez javítja a szerves anyag lebontását, ami gyorsabb feldolgozást, több gázt és kevesebb maradék iszapot eredményez. Ez pedig növeli a meglévő lebontóberendezések kapacitását, és csökkenti az ártalmatlanítási költségeket.

Az anaerob lebontás során ultrahangos előkezelést alkalmaznak a biomassza (például a fölös eleveniszap) roncsolására, hogy a szerves anyag hozzáférhetőbbé váljon a baktériumok számára.

• Nagyobb biogázhozam: Az ultrahangos kezelés hatékonynak bizonyult az összesített biogáztermelés növelésében. Vizsgálatok a biogáztermelés 26% és 36% közötti növekedéséről számoltak be a kezeletlen iszaphoz képest.
• A szilárdanyag-tartalom hatékonyabb csökkentése: Az ultrahangos kezelés fokozza az illékony szilárd anyagok (VS) lebontását. Például a VS lebontási aránya 30%-ról 35%-ra vagy még magasabbra (akár 39%-ra) nőhet a szervesanyag-terheléstől és az energiabeviteltől függően.
• Integráció a szennyvízkezelésbe: A települési és ipari szennyvíztisztító telepekről, valamint magukból a biogázüzemekből származó biológiai szilárd anyagok ultrahangos reaktorokkal hatékonyan feldolgozhatók a stabilizálási és energia-visszanyerési folyamat optimalizálása érdekében.

Kattintson ide, és tudjon meg többet az iszap ultrahangos roncsolásáról!

Az állati trágya ultrahangos roncsolása az anaerob lebontás előtt javítja a biogázhozamot.

Az ultrahangos kezelés energiamérlege

A fent említett folyamatok nem igényelnek sok ultrahangos energiát. Az ultrahangos kezelés eredményeként keletkező többletenergia általában ellensúlyozza az ultrahang előállításához felhasznált energiát. A Hielscher ultrahangos készülékeinek összhatásfoka több mint 85%. Ez azt jelenti, hogy az elektromos energia több mint 85%-a mechanikai energiává alakul, és ebben a formában jut a folyadékba. Egy folyamat tényleges energiaigénye kis léptékben, asztali méretű, 1kW teljesítményű ultrahangos feldolgozóberendezéssel határozható meg. Az ilyen asztali kísérletek valamennyi eredménye könnyen átültethető nagyobb léptékre. A Hielscher világszerte szállít ipari ultrahangos feldolgozóberendezéseket. Az egyenként akár 16kW teljesítményű ipari ultrahangos homogenizátorokkal nincs korlátja az üzemméretnek vagy a feldolgozási kapacitásnak.