Trasformare l’olio da cucina esausto in biodiesel affidabile per motori diesel

L’olio da cucina esausto è una delle materie prime più interessanti oggi disponibili per la produzione di biodiesel. È economico, ampiamente disponibile e contribuisce a risolvere un problema di smaltimento. Presenta però anche una ben nota difficoltà di lavorazione: le materie prime di scarsa qualità, come gli oli vegetali di scarto, gli oli da cucina usati, i grassi di frittura, i grassi animali, il sego o gli oli di pesce, sono più difficili da convertire in modo efficiente rispetto agli oli vergini raffinati.

Un recente studio sulla transesterificazione assistita da ultrasuoni mostra come questo problema possa essere superato mediante la miscelazione a ultrasuoni. I ricercatori hanno ottimizzato la produzione di biodiesel da olio da cucina esausto (WCO), quindi hanno testato il biodiesel ottenuto e le miscele biodiesel–diesel in un motore diesel. I risultati supportano due conclusioni importanti: in primo luogo, la sonicazione consente una conversione rapida e ad alta resa anche con materie prime difficili da trattare; in secondo luogo, le miscele biodiesel–diesel ottenute possono essere utilizzate nei motori diesel senza modifiche, con prestazioni vicine a quelle del diesel e un miglioramento delle emissioni.

Pronti a trasformare gli oli di scarto a basso costo in biodiesel ad alto valore?

I reattori a ultrasuoni Hielscher per biodiesel aiutano i produttori a convertire materie prime difficili da trattare, come l’olio da cucina esausto, i grassi di frittura, il sego e l’olio di pesce, con velocità di reazione maggiori, tempi di permanenza più brevi e una migliore efficienza di processo. Contattateci ora per discutere della vostra materia prima, della capacità produttiva desiderata e della configurazione del reattore per la produzione continua di biodiesel mediante ultrasuoni.

Perché le materie prime di scarsa qualità sono difficili da trattare nella produzione di biodiesel

Le materie prime a basso costo per il biodiesel sono interessanti perché il costo della materia prima incide in modo predominante sull’economia della produzione. Uno studio pubblicato nel 2025 da Belal e colleghi dimostra che gli oli e i grassi da cucina esausti possono essere convertiti in modo efficiente in biodiesel mediante miscelazione a ultrasuoni. Successivamente, il biodiesel prodotto mediante ultrasuoni è stato utilizzato con successo nei motori diesel.
Sebbene l’impiego di oli di scarto eviti il problema della competizione tra alimentazione e combustibili associato agli oli commestibili, la difficoltà consiste nel fatto che le materie prime di scarsa qualità sono più variabili e più difficili da trattare. Nella transesterificazione convenzionale, le fasi alcolica e oleosa sono immiscibili, perciò l’efficienza della reazione dipende fortemente dalla capacità del sistema di superare le limitazioni del trasferimento di massa. Con oli e grassi degradati o di bassa qualità, queste limitazioni diventano più marcate, causando spesso una conversione più lenta, tempi di permanenza più lunghi, una separazione delle fasi più difficile e una lavorazione complessivamente meno efficiente. È qui che la miscelazione a ultrasuoni rappresenta una vera svolta.

Perché la sonicazione consente di utilizzare materie prime di scarsa qualità

La sonicazione consente di trattare in modo più efficace materie prime di scarsa qualità, come gli oli vegetali di scarto, gli oli da cucina esausti, i grassi di frittura, il sego bovino o gli oli di pesce, perché la cavitazione ultrasonica favorisce un contatto molto migliore tra le fasi immiscibili di olio e alcol, migliorando notevolmente la miscelazione e il trasferimento di calore e di massa. Inoltre, la miscelazione a ultrasuoni produce effetti sia fisici sia chimici: la cavitazione ultrasonica intensifica l’ambiente di reazione e può favorire la formazione di radicali altamente reattivi, che accelerano ulteriormente la cinetica di reazione e favoriscono una transesterificazione più rapida e completa.
È proprio per questo che la sonicazione è così preziosa per le materie prime di qualità inferiore. Compensa le limitazioni che solitamente rendono queste materie prime difficili da trattare nei sistemi convenzionali.

Risultati ottenuti dallo studio con la sonicazione

Al di là della piccola configurazione di laboratorio, il risultato fondamentale per i produttori industriali di biodiesel è l’intensificazione del processo ottenuta mediante sonicazione. In condizioni ultrasoniche ottimizzate, lo studio di Belal et al. (2025) ha raggiunto una resa di biodiesel del 96,65%. Rispetto al riferimento convenzionale degli autori, la transesterificazione assistita da ultrasuoni ha ridotto il tempo di reazione da 90 minuti a 6 minuti e il tempo di separazione biodiesel–glicerolo da 720 minuti a 30 minuti.
Questi risultati sono molto rilevanti per la produzione industriale di biodiesel perché mostrano che la sonicazione non si limita a migliorare leggermente la miscelazione – accelera in modo sostanziale la conversione e la separazione a valle.
 

Il metodo a ultrasuoni raggiunge una conversione di circa il 75% entro i primi 1,5 minuti e si stabilizza intorno al 90% di conversione dopo 6 minuti.
Il metodo convenzionale mostra una velocità di conversione molto inferiore, raggiungendo soltanto circa il 40% di conversione dopo 8 minuti.
Studio e grafico: ©Fayyyazi et al. 2014

Come questi risultati si traducono nel trattamento continuo del biodiesel in flusso con Hielscher

Per l’implementazione industriale, questi risultati si traducono direttamente nei vantaggi del trattamento continuo del biodiesel in flusso mediante ultrasuoni con sonicatori e reattori industriali Hielscher. Lo stesso meccanismo di cavitazione dimostrato nello studio – miscelazione intensificata, migliore contatto interfacciale, trasferimento di calore e di massa più rapido e cinetica di reazione accelerata – è esattamente ciò che determina le prestazioni dei reattori a ultrasuoni in linea.
Nel funzionamento continuo, olio, alcol e catalizzatore vengono pompati attraverso la zona del reattore a ultrasuoni, dove la cavitazione ad alta intensità disperde continuamente le fasi e le fa reagire. Ciò consente tempi di permanenza più brevi, una conversione più rapida, una gestione più affidabile di materie prime variabili e a basso costo e una separazione a valle più rapida. Per i produttori industriali che lavorano con WCO, grassi di frittura usati, sego o olio di pesce, il messaggio centrale è chiaro: la sonicazione rende le materie prime difficili da trattare più interessanti dal punto di vista commerciale, garantendo una conversione migliore in meno tempo.

La sonicazione migliora la qualità del combustibile

Un punto fondamentale è che gli oli di scarto grezzi non sono combustibili adatti ai motori. L’analisi termogravimetrica dello studio ha confrontato diesel, WCO grezzo, biodiesel prodotto con metodi convenzionali e biodiesel prodotto mediante miscelazione a ultrasuoni. Gli autori hanno riscontrato che il WCO grezzo presentava il comportamento di evaporazione peggiore, mentre il biodiesel prodotto mediante ultrasuoni mostrava un comportamento di evaporazione migliore rispetto al WCO grezzo e persino rispetto al biodiesel prodotto mediante transesterificazione tradizionale.
Questo aspetto è rilevante perché un’evaporazione e un’atomizzazione inadeguate sono tra i principali motivi per cui gli oli di scarto non trattati possono causare incrostazioni degli iniettori, combustione incompleta e depositi. Lo studio rileva che il WCO grezzo conteneva oligomeri insolubili che possono danneggiare il motore ostruendo il sistema di iniezione, mentre una transesterificazione corretta migliora sostanzialmente il comportamento del combustibile.

Le miscele biodiesel–diesel possono essere utilizzate nei motori diesel senza problemi?

Lo studio di Belal et al. (2025) dimostra che sì, il biodiesel prodotto mediante ultrasuoni può essere utilizzato nei motori diesel standard senza problemi. I ricercatori hanno testato le miscele B10, B20, B30, B40 e B100 in un motore diesel a regime costante e con carico variabile. La loro conclusione è stata che il diesel può essere sostituito da biodiesel da WCO o da miscele biodiesel–diesel senza modificare il motore e che B40 era la miscela raccomandata perché combinava prestazioni del motore comparabili con emissioni nettamente migliori.
Anche se non tutti i parametri sono identici a quelli del diesel fossile, le miscele rimangono pienamente utilizzabili nel normale funzionamento dei motori diesel, mentre le differenze di prestazione sono ridotte e i benefici in termini di emissioni sono sostanziali.
 

Diverse miscele biodiesel/diesel con carichi del motore del 10–100%. – A sinistra: variazione del BSFC / A destra: variazione del BTE con diverse miscele biodiesel/diesel e carichi del motore del 10–100%
Studio e grafici: ©Belal et al., 2025

Prestazioni del motore: vicine a quelle del diesel, con piccoli compromessi

Lo studio ha rilevato che le miscele di biodiesel fornivano prestazioni del motore simili a quelle del diesel, con un leggero aumento del consumo specifico di combustibile al freno e una lieve diminuzione del rendimento termico al freno.
Queste variazioni sono prevedibili. Le proprietà misurate hanno mostrato che il biodiesel da WCO presentava densità e viscosità maggiori e un potere calorifico inferiore rispetto al diesel, sebbene il numero di cetano fosse identico in questo studio. Ciò significa che potrebbe essere necessaria una quantità di combustibile leggermente maggiore per generare la stessa potenza, ma il motore continua a funzionare normalmente con le miscele.
Dal punto di vista pratico, questo conferma che le miscele di biodiesel sono utilizzabili nei motori diesel anche quando vengono prodotte da materie prime di scarsa qualità, come l’olio da cucina esausto.

Emissioni: notevoli benefici dalla miscelazione con biodiesel

I risultati sulle emissioni sono quelli in cui il biodiesel ha mostrato i suoi vantaggi maggiori.

A pieno carico, B100 ha prodotto le maggiori riduzioni di:

• CO: riduzione del 42,9%
• idrocarburi incombusti: riduzione del 29,9%
• opacità dei fumi: riduzione del 42,1%

rispetto al diesel puro.
Lo studio attribuisce questi benefici al maggiore contenuto di ossigeno e al minore contenuto di carbonio del biodiesel, che favoriscono una combustione più completa e riducono la formazione di fuliggine.

Cosa significa per i produttori di biodiesel

Le materie prime di scarsa qualità sono economicamente interessanti, ma sono più difficili da trattare con la tecnologia convenzionale. La sonicazione cambia questa situazione superando la barriera al trasferimento di massa tra olio e alcol e accelerando drasticamente la conversione. Nello studio, ciò ha significato una resa di biodiesel del 96,65%, un tempo di reazione ridotto da 90 minuti a 6 minuti e un tempo di separazione ridotto da 12 ore a 30 minuti.
Per i sistemi industriali continui di produzione di biodiesel, questo si traduce nei vantaggi fondamentali del trattamento a ultrasuoni Hielscher: maggiore capacità di trattamento, tempi di permanenza più brevi, maggiore robustezza rispetto alla variabilità delle materie prime e produzione più efficiente a partire da oli e grassi a basso costo.
 

Reattore a ultrasuoni UIP1000hdT per una migliore conversione di oli e grassi di scarto in biodiesel.

Sonicatori Hielscher per biodiesel da WCO

Lo studio mostra perché i sonicatori Hielscher sono uno strumento così efficace per la produzione di biodiesel da materie prime di scarsa qualità. La cavitazione ultrasonica intensifica la transesterificazione migliorando la miscelazione, il trasferimento di calore, il trasferimento di massa e la cinetica di reazione, consentendo di convertire rapidamente e in modo efficiente materie prime difficili da trattare, come gli oli da cucina esausti e altri oli e grassi degradati. In condizioni ottimizzate, lo studio ha ottenuto una resa di biodiesel del 96,65% in soli 6 minuti, con una separazione del glicerolo notevolmente più rapida rispetto al trattamento convenzionale.
Altrettanto rilevante è il fatto che il biodiesel ottenuto si è dimostrato adatto all’impiego nei motori. Le miscele biodiesel–diesel hanno mostrato prestazioni vicine a quelle del diesel convenzionale, riducendo significativamente CO, idrocarburi incombusti e fumi. La miscela B40 raccomandata combinava prestazioni meccaniche comparabili con il comportamento più equilibrato in termini di emissioni e poteva essere utilizzata senza modificare il motore.
I sonicatori Hielscher non si limitano ad accelerare la produzione di biodiesel – rendono le materie prime a basso costo e di scarsa qualità utilizzabili per un trattamento continuo efficiente e trasformano oli e grassi di scarto in un combustibile pratico, pronto per l’impiego nei motori.

La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei reattori a ultrasuoni Hielscher per biodiesel:

Implicazioni economiche e ambientali dell’impiego dei miscelatori a ultrasuoni Hielscher per biodiesel

Il modello tecnico-economico di Gholami et al. (2021) ha dimostrato:

• Costo totale di investimento ridotto di circa il 21%,
• Costo del prodotto per tonnellata ridotto di circa il 5%,
• Produzione di rifiuti ridotta a un quinto di quella derivante dall’agitazione meccanica,
• Tasso interno di rendimento (IRR) migliorato fino al 18,3% con un valore attuale netto (NPV) positivo, mentre il processo convenzionale rimaneva economicamente non conveniente.

Dal punto di vista ambientale, la riduzione dell’eccesso di metanolo attenua direttamente le emissioni di composti organici volatili e riduce l’impiego di energia termica, allineando la produzione di biodiesel mediante ultrasuoni agli obiettivi di una produzione ecologica.

Panoramica dei vantaggi del reattore a ultrasuoni per biodiesel

(risultati dello studio comparativo, cfr. Gholami et al., 2021)

Progettazione, produzione e consulenza – Qualità Made in Germany

I sonicatori Hielscher sono noti per i loro elevatissimi standard di qualità e progettazione. La robustezza e la facilità d’uso consentono un’integrazione agevole dei nostri sonicatori negli impianti industriali. I sonicatori Hielscher affrontano facilmente condizioni difficili e ambienti impegnativi.

Hielscher Ultrasonics è un’azienda certificata ISO e pone particolare attenzione ai sonicatori ad alte prestazioni dotati di tecnologia all’avanguardia e caratterizzati dalla facilità d’uso. Naturalmente, i sonicatori Hielscher sono conformi alla normativa CE e soddisfano i requisiti UL, CSA e RoHs.

Letteratura / Riferimenti

• 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.