Dall'UCO al biodiesel con i reattori a ultrasuoni

L'olio da cucina usato (UCO) è diventato una delle materie prime più interessanti per la produzione di biodiesel sostenibile. La conversione dell'UCO in biodiesel, o estere metilico dell'olio da cucina usato, contribuisce a ridurre i rifiuti, a diminuire i costi delle materie prime e a sostenere un'economia dei carburanti più circolare. Per i produttori di biodiesel alla ricerca di una tecnologia di lavorazione efficiente, i reattori per biodiesel a ultrasuoni di Hielscher offrono una soluzione potente per intensificare i processi di transesterificazione ed esterificazione.

I reattori per biodiesel a ultrasuoni Hielscher sono ampiamente utilizzati per migliorare la conversione di oli e grassi a basso costo in biodiesel di alta qualità. Creando un'intensa miscelazione a livello microscopico, la cavitazione a ultrasuoni accelera le reazioni chimiche, migliora il trasferimento di massa tra fasi immiscibili e aiuta i produttori a ottenere una produzione di biodiesel rapida, affidabile e scalabile.

UCOME – Biodiesel da oli di scarto

UCOME è l'acronimo di used cooking oil methyl ester. Si tratta di un carburante biodiesel prodotto convertendo gli oli da cucina usati in esteri metilici di acidi grassi attraverso una reazione chimica con il metanolo. Poiché l'UCO è una materia prima riciclata, l'UCOME è particolarmente interessante dal punto di vista economico e ambientale.
Rispetto agli oli vegetali vergini, l'UCO offre evidenti vantaggi in termini di costi, ma presenta anche sfide di lavorazione. L'olio da cucina usato contiene spesso:

• Acidi grassi liberi (FFA)
• Acqua
• Residui e contaminanti alimentari
• Prodotti di ossidazione
• Composizione variabile a seconda della fonte e della storia di utilizzo

Questi fattori rendono l'efficienza del processo e le prestazioni del reattore particolarmente importanti. È qui che i reattori per biodiesel a ultrasuoni offrono vantaggi significativi.

 

 

Come i reattori per biodiesel a ultrasuoni migliorano la conversione da UCO a UCOME

La produzione tradizionale di biodiesel si basa spesso sull'agitazione meccanica e sul calore per mettere in contatto olio, alcol e catalizzatore. Poiché l'olio e il metanolo non si mescolano bene, i reattori convenzionali possono soffrire di tassi di reazione lenti, conversione incompleta, maggiore consumo di sostanze chimiche e tempi di permanenza più lunghi.
I reattori a ultrasuoni Hielscher utilizzano ultrasuoni ad alta intensità per generare cavitazione nel liquido. La cavitazione produce zone di miscelazione microscopiche con forze di taglio estremamente elevate. In questo modo il metanolo viene suddiviso in goccioline finissime all'interno della fase oleosa e si crea un'area interfacciale molto più ampia per la reazione.

Il risultato è un processo di biodiesel altamente intensificato con importanti vantaggi:

• Transesterificazione ed esterificazione più rapide
• Miglioramento dell'efficienza di conversione
• Migliore utilizzo del metanolo e del catalizzatore
• Riduzione dei tempi di reazione
• Capacità di elaborazione continua in linea
• Facile scalabilità dalla produzione pilota a quella industriale

Per le materie prime UCO con un elevato contenuto di FFA, gli ultrasuoni sono particolarmente vantaggiosi perché migliorano sia l'esterificazione catalizzata da acidi che la transesterificazione catalizzata da basi.

Dall'UCO al biodiesel: Panoramica del processo

La conversione dell'olio da cucina usato in biodiesel prevede generalmente diverse fasi di processo. I reattori a ultrasuoni Hielscher per biodiesel possono essere integrati in progetti di processo a una o due fasi, a seconda della qualità della materia prima.

Un tipico processo di trasformazione dell'UCO in biodiesel comprende:

• Raccolta e stoccaggio dell'olio da cucina usato
• Filtrazione per rimuovere solidi e particelle di cibo
• Essiccazione o disidratazione per ridurre il contenuto di umidità
• Analisi degli FFA per determinare il percorso di reazione richiesto
• Esterificazione degli acidi grassi liberi quando gli FFA sono elevati
• Transesterificazione con metanolo per formare esteri metilici
• Separazione di biodiesel e glicerolo
• Lavaggio o purificazione a secco del biodiesel
• Lucidatura finale per raggiungere le specifiche di qualità del carburante

In presenza di alti livelli di FFA, si ricorre spesso a un pretrattamento di esterificazione per convertire gli acidi grassi liberi in esteri prima della fase principale di transesterificazione. Il trattamento a ultrasuoni può accelerare entrambe le fasi e migliorare la produttività complessiva dell'impianto. Per saperne di più sulla conversione del biodiesel in due fasi assistita da ultrasuoni!

Perché i reattori a ultrasuoni Hielscher sono adatti per il biodiesel UCOME

I reattori a ultrasuoni Hielscher sono progettati per il trattamento dei liquidi industriali e sono particolarmente efficaci nelle applicazioni del biodiesel, dove la miscelazione liquido-liquido controlla la velocità di reazione. Invece di dipendere solo dall'agitazione di massa, gli ultrasuoni creano un'intensa energia localizzata esattamente dove è necessaria.
Ciò offre ai produttori diversi vantaggi pratici.

• Eccellente miscelazione di olio e metanolo
  Uno dei limiti principali nella produzione di biodiesel è la scarsa miscibilità di olio e metanolo. I reattori a ultrasuoni Hielscher creano un'emulsione molto fine, che migliora notevolmente il contatto tra i reagenti. Un contatto migliore significa una cinetica di reazione più rapida e una conversione più elevata.
• Prestazioni elevate con materie prime difficili
  L'UCO non è una materia prima uniforme. Il suo contenuto di acqua, il livello di FFA e il carico di contaminazione possono variare da lotto a lotto. I reattori Hielscher aiutano a compensare queste variazioni intensificando l'ambiente di reazione, rendendo il processo più robusto e adattabile.
• Tempo di permanenza più breve
  Poiché gli ultrasuoni accelerano l'esterificazione e la transesterificazione, i produttori possono spesso raggiungere la conversione desiderata in meno tempo rispetto ai sistemi agitati tradizionali. Ciò può ridurre i requisiti di volume del reattore e aumentare la produzione.
• Funzionamento continuo in linea
  I reattori per biodiesel a ultrasuoni Hielscher sono ideali per la lavorazione in continuo. Le configurazioni dei reattori in linea supportano la produzione a regime costante con una qualità riproducibile, un aspetto molto importante per gli impianti commerciali di biodiesel.
• Scalabilità semplice
  Uno dei principali vantaggi della tecnologia Hielscher è la scalabilità lineare. I parametri di processo stabiliti in laboratorio o in prove pilota possono essere trasferiti a sistemi di produzione più grandi in modo più prevedibile. Ciò riduce il rischio di sviluppo e semplifica la pianificazione dell'espansione.
• Affidabilità industriale
  I sistemi Hielscher sono stati progettati per le applicazioni industriali più esigenti. Per i produttori di biodiesel, ciò significa prestazioni affidabili del reattore, risultati riproducibili e compatibilità con le linee di processo automatizzate.
• Produzione di biodiesel secondo ASTM D6751 e EN 14214
  I produttori commerciali di biodiesel spesso mirano a specifiche di qualità del carburante, come le norme ASTM D6751 e EN 14214. Questi standard definiscono le proprietà critiche, tra cui il contenuto di esteri, la viscosità, il punto di infiammabilità, il valore acido, il contenuto di acqua, la stabilità all'ossidazione, i limiti di contaminanti e i livelli di glicerina.

 
Leggete come funziona il biodiesel prodotto con gli ultrasuoni sui motori a combustione diesel!

I reattori per biodiesel a ultrasuoni Hielscher sono utilizzati nei processi di produzione di biodiesel progettati per ottenere una qualità del carburante in linea con le norme ASTM D6751 e EN 14214. Nello studio pubblicato nel 2020, Bastante-Saez e colleghi hanno dimostrato che il biodiesel prodotto dai grassi di scarto del kebab utilizzando un reattore a ultrasuoni Hielscher ha dato rese elevate di esteri metilici degli acidi grassi (FAME). I FAME sono risultati superiori (97,42% p/p per il grasso di pollo e 96,98 per il grasso di manzo e agnello) alla soglia minima stabilita dalla normativa europea EN 14214 (ossia 96,5% p/p minimo).

 

 

Biodiesel su piccola scala per aziende agricole e utenti fuori rete

In alcuni Paesi o regioni, le normative sul biodiesel sono limitate o non vengono applicate ai piccoli utenti privati. Gli agricoltori e i proprietari di attrezzature possono produrre piccole quantità di biodiesel dall'olio da cucina usato per il consumo in loco di trattori, generatori, riscaldatori o altre attrezzature agricole alimentate a diesel.
In questi casi, l'obiettivo è spesso la sostituzione pratica del carburante piuttosto che la vendita commerciale certificata. I reattori di biodiesel a ultrasuoni possono essere interessanti anche per questa produzione decentralizzata, perché offrono:

• Tempi di reazione rapidi
• Conversione efficiente con apparecchiature compatte
• Buona idoneità per materie prime variabili a base di olio di scarto
• Riduzione della dipendenza da grandi vasche di agitazione
• Possibilità di configurazioni di lavorazione modulari

Allo stesso tempo, è importante affermare chiaramente che il biodiesel non specifico potrebbe non essere adatto a tutti i motori, potrebbe non essere conforme ai requisiti di legge locali e potrebbe presentare problemi di stoccaggio, compatibilità dei materiali, emissioni o garanzia del motore. Laddove esistono standard per il biodiesel, il carburante deve essere testato e prodotto di conseguenza prima di essere utilizzato in applicazioni regolamentate o in veicoli stradali.

 

 

Vantaggi economici della produzione di biodiesel a ultrasuoni da UCO

Il costo della materia prima è una delle principali variabili economiche del biodiesel. Poiché l'olio da cucina usato è generalmente meno costoso degli oli vegetali raffinati, offre un forte potenziale di risparmio. Tuttavia, questi risparmi possono andare persi se il processo è lento, chimicamente inefficiente o incapace di gestire la variabilità della materia prima.
I reattori per biodiesel a ultrasuoni Hielscher contribuiscono a proteggere la redditività migliorando l'efficienza della reazione e la produttività dell'impianto. I potenziali vantaggi economici includono:

• Migliore utilizzo di materie prime UCO a basso costo
• Aumento della produttività
• Riduzione dei tempi di reazione
• Minore richiesta di energia legata alla miscelazione rispetto agli scenari di agitazione inefficiente di massa
• Miglioramento della coerenza dei processi
• Integrazione più semplice nelle linee di produzione continua

Per i produttori che mirano a scalare la produzione di biodiesel da oli di scarto, questa combinazione di flessibilità delle materie prime e intensificazione del processo può essere molto preziosa.

Convertite l'UCO in UCOME Biodiesel in modo efficiente con i reattori a ultrasuoni Hielscher!

La conversione dell'olio da cucina usato in UCOME è un modo intelligente per creare carburante rinnovabile dai rifiuti, migliorando la sostenibilità e riducendo i costi delle materie prime. Poiché l'UCO è spesso più difficile da lavorare rispetto agli oli vergini, la tecnologia dei reattori svolge un ruolo cruciale per ottenere una produzione di biodiesel efficiente e affidabile.
I reattori a ultrasuoni Hielscher per biodiesel intensificano la reazione tra olio e metanolo attraverso la miscelazione e il trasferimento di massa guidati dalla cavitazione. Ciò consente di accelerare l'esterificazione e la transesterificazione, di gestire meglio le materie prime UCO variabili e di produrre biodiesel in linea in modo scalabile.
Per i produttori commerciali, i sistemi a ultrasuoni Hielscher sono utilizzati nei processi di biodiesel progettati per produrre carburante conforme alle norme ASTM D6751 e EN 14214. Per gli agricoltori e i piccoli utenti nei Paesi in cui non esistono normative sul biodiesel, i reattori a ultrasuoni possono anche supportare la produzione compatta di piccole quantità di biodiesel per l'uso di attrezzature locali, pur riconoscendo che il carburante non specifico deve essere usato con cautela e in conformità ai requisiti locali e alla compatibilità del motore.
Se il vostro obiettivo è una produzione efficiente da UCO a UCOME, i reattori per biodiesel a ultrasuoni Hielscher offrono una piattaforma tecnologica potente e scalabile per la moderna lavorazione del biodiesel.

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

Portata	Potenza
20 – 100L/h	1kW
80 – 400L/h	4x1kW
0,3 – 1,5 m³/h	4x4kW
2 – 10 m³/h	6x16kW
20 – 100 m³/h	62x16kW

Perché Hielscher è una scelta forte per i produttori di biodiesel?

Hielscher è riconosciuta per la tecnologia a ultrasuoni industriale progettata per applicazioni di processo reali. Nella produzione di biodiesel, i reattori a ultrasuoni Hielscher offrono una via pratica per intensificare la conversione dell'UCO, migliorare la miscelazione metanolo-olio e favorire una produzione efficiente di biodiesel da oli e grassi di scarto.

I motivi principali per cui i produttori scelgono Hielscher sono

• Comprovata esperienza nel campo degli ultrasuoni
• Reattori in linea per il trattamento continuo del biodiesel
• Idoneità all'esterificazione e alla transesterificazione
• Forte percorso di scale-up dal laboratorio alla produzione
• Apparecchiature robuste per ambienti industriali
• Lavorazione efficace di materie prime difficili come l'olio da cucina usato

Progettazione, produzione e consulenza – Qualità Made in Germany

Gli ultrasuoni Hielscher sono noti per i loro elevati standard di qualità e design. La robustezza e la facilità d'uso consentono un'agevole integrazione dei nostri ultrasuoni negli impianti industriali. Gli ultrasuonatori Hielscher sono in grado di gestire facilmente condizioni difficili e ambienti impegnativi.

Hielscher Ultrasonics è un'azienda certificata ISO e pone particolare enfasi sugli ultrasuonatori ad alte prestazioni, caratterizzati da tecnologia all'avanguardia e facilità d'uso. Naturalmente, gli ultrasuoni Hielscher sono conformi alla normativa CE e soddisfano i requisiti UL, CSA e RoH.

---

---

Letteratura / Riferimenti

• 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).

Domande frequenti

Il biodiesel può essere utilizzato per le attrezzature agricole?

Sì. Le attrezzature agricole con motori diesel ad accensione spontanea possono generalmente utilizzare miscele di biodiesel e molti produttori approvano miscele come B5 o B20; miscele più elevate dipendono dal motore specifico, dai materiali del sistema di alimentazione e dalle indicazioni degli OEM.

Quali motori possono funzionare con il biodiesel?

Il biodiesel è destinato ai motori diesel, in particolare a quelli ad accensione spontanea utilizzati in veicoli, generatori e macchine agricole. In pratica, tutti i motori diesel possono funzionare con miscele basse di biodiesel, mentre l'uso di miscele più elevate o di biodiesel puro (B100) richiede la compatibilità del motore e l'approvazione del produttore.

Che cos'è lo standard americano ASTM D6751?

ASTM D6751 è la specifica statunitense per le miscele di biodiesel, B100, da miscelare con i carburanti distillati medi. Definisce le proprietà richieste per il carburante e copre i gradi S15 e S500, corrispondenti a contenuti massimi di zolfo di 15 ppm e 500 ppm.

Che cos'è il biodiesel UCOME?

UCOME significa Estere metilico dell'olio da cucina usato. Si tratta di un biodiesel a base di esteri metilici di acidi grassi ottenuto dalla conversione dell'olio da cucina esausto in esteri metilici, solitamente da utilizzare come sostituto del diesel o componente di una miscela.

L'UCOME è adatto come componente di miscela per l'olio combustibile bio-marino?

Sì. L'UCOME è già utilizzato in commercio come componente di miscela nelle formulazioni di biocarburanti marini, ad esempio in miscele con olio combustibile a bassissimo tenore di zolfo (VLSFO). La sua idoneità dipende dalla qualità del carburante, dalla stabilità, dalla compatibilità e dalla conformità alle specifiche del carburante marino e ai requisiti di gestione.