超音波リアクターを用いたUCOからバイオディーゼルへ

使用済み食用油（UCO）は、持続可能なバイオディーゼル生産のための最も魅力的な原料の一つとなっている。UCOをバイオディーゼル（使用済み食用油メチルエステル）に変換することで、廃棄物を減らし、原料コストを下げ、より循環型の燃料経済をサポートすることができます。効率的な処理技術を求めるバイオディーゼル生産者にとって、ヒールシャー社の超音波バイオディーゼルリアクターは、トランスエステル化とエステル化プロセスを強化するための強力なソリューションを提供します。

Hielscher社の超音波バイオディーゼルリアクターは、低コストの油脂から高品質のバイオディーゼルへの変換を改善するために広く使用されています。超音波キャビテーションは、微視的なレベルで激しい混合を作り出すことで、化学反応を促進し、非混和相間の物質移動を改善し、生産者が高速で信頼性が高く、スケーラブルなバイオディーゼル製造を実現するのに役立ちます。

UCOME – 廃油からのバイオディーゼル

UCOMEは使用済み食用油メチルエステルの略。廃食用油をメタノールとの化学反応によって脂肪酸メチルエステルに変換して製造されるバイオディーゼル燃料である。UCOはリサイクル原料であるため、UCOMEは経済的にも環境的にも特に魅力的である。
バージン植物油に比べ、UCOは明らかにコスト面で有利であるが、加工上の課題もある。使用済み食用油には多くの場合

• 遊離脂肪酸（FFA）
• 水
• 食品残留物および汚染物質
• 酸化生成物
• 出所や使用履歴により組成が異なる

このような要因から、プロセスの効率と反応器の性能が特に重要になる。そこで超音波バイオディーゼル反応器が大きな利点を提供する。

 

 

超音波バイオディーゼルリアクターがUCOからUCOMEへの変換をいかに改善するか

従来のバイオディーゼル製造は、油、アルコール、触媒を接触させるために、機械的攪拌と熱に頼ることが多い。油とメタノールはうまく混ざらないため、従来の反応器では反応速度が遅く、転化が不完全で、化学物質の消費量が多く、滞留時間が長いという問題がある。
Hielscher 社の超音波リアクターは、高強度の超音波を使用して液体中にキャビテーションを発生させます。キャビテーションは、非常に高いせん断力を持つミクロの混合ゾーンを作り出す。これにより、メタノールは油相中で非常に微細な液滴に分解され、反応に必要な界面領域が非常に大きくなります。

その結果、重要な利点を持つ高度に強化されたバイオディーゼル・プロセスが生まれた：

• より速いトランスエステル化とエステル化
• 変換効率の向上
• メタノールと触媒の有効利用
• 反応時間の短縮
• 連続インライン処理機能
• パイロット生産から工業生産への容易なスケールアップ

FFA含量が高いUCO原料の場合、超音波は酸触媒によるエステル化と塩基触媒によるトランスエステル化の両方のステップを促進するため、特に有益である。

UCOからバイオディーゼルへ：プロセスの概要

使用済み食用油のバイオディーゼルへの変換は、一般的にいくつかのプロセス段階を含む。Hielscher社の超音波バイオディーゼルリアクターは、原料の質に応じて1段階または2段階のプロセス設計に組み込むことができます。

典型的なUCOからバイオディーゼルへのプロセスには以下が含まれる：

• 使用済み食用油の回収と保管
• 固形物や食品粒子を除去するためのろ過
• 水分を減らすための乾燥または脱水
• 必要な反応ルートを決定するためのFFA分析
• FFAが高い場合、遊離脂肪酸のエステル化
• メタノールによるトランスエステル化でメチルエステル生成
• バイオディーゼルとグリセリンの分離
• バイオディーゼルの洗浄または乾式精製
• 燃料品質仕様に達するための最終研磨

FFAレベルが高い場合、エステル化前処理は、主トランスエステル化工程の前に、遊離脂肪酸をエステルに変換するためにしばしば使用される。超音波処理は、両方の段階を促進し、プラント全体の生産性を向上させることができる。 超音波アシストによる2段階バイオディーゼル転換についてもっと読む！

ヒールシャー社製超音波リアクターがUCOMEバイオディーゼルに適している理由

Hielscher社の超音波リアクターは、工業用液体処理用に設計されており、液液混合が反応速度を制御するバイオディーゼル用途に特に効果的です。バルクの攪拌だけに頼るのではなく、超音波は必要な場所に局所的に強いエネルギーを発生させます。
これにより、生産者にはいくつかの実用的な利点がある。

• オイルとメタノールの優れた混合性
  バイオディーゼル生産における重要な制限の一つは、オイルとメタノールの混和性が低いことである。Hielscher社の超音波リアクターは非常に微細なエマルジョンを形成し、反応物間の接触を大幅に改善する。接触が良くなるということは、反応速度が速くなり、転化率が高くなるということである。
• 困難な原料でも高性能を発揮
  UCOは均一な原料ではない。水分含有量、FFAレベル、コンタミネーション負荷はバッチごとに異なります。Hielscher社のリアクターは、反応環境を強化することでこれらのばらつきを補正し、プロセスをより堅牢で適応性のあるものにします。
• より短い滞在時間
  超音波はエステル化とトランスエステル化を促進するため、生産者は多くの場合、従来の攪拌システムよりも短時間で目標の転化率を達成することができる。これにより、反応器の容積を減らし、処理能力を向上させることができる。
• 連続インライン運転
  Hielscher社の超音波バイオディーゼルリアクターは連続処理に最適です。インラインリアクターの構成は、商業的なバイオディーゼルプラントにとって非常に価値のある、再現性のある品質での定常生産をサポートします。
• スケールアップが容易
  Hielscher技術の大きな利点は、直線的なスケールアップである。実験室やパイロット試験で確立されたプロセス・パラメーターは、より大規模な生産システムに予測可能な形で移行することができる。これは開発リスクを軽減し、拡張計画を簡素化します。
• 産業の信頼性
  Hielscherのシステムは要求の厳しい工業用に設計されています。バイオディーゼル製造業者にとって、これは信頼できるリアクター性能、再現性のある結果、自動化されたプロセスラインへの適合性を意味します。
• ASTM D6751およびEN 14214に準拠したバイオディーゼルの製造
  市販のバイオディーゼル製造業者は、ASTM D6751やEN 14214といった燃料品質規格を目標とすることが多い。これらの規格は、エステル含量、粘度、引火点、酸価、水分含量、酸化安定性、汚染物質限界、グリセリンレベルなどの重要な特性を定めている。

 
超音波で製造されたバイオディーゼルがディーゼル燃焼エンジンにどのように作用するかを読む！

Hielscher社製超音波バイオディーゼル反応器は、ASTM D6751およびEN 14214に準拠した燃料品質を達成するように設計されたバイオディーゼル製造プロセスで使用されている。2020年に発表された研究において、Bastante-Saez氏らは、Hielscher社製超音波リアクターを用いてケバブの廃棄油脂からバイオディーゼルを製造したところ、高い脂肪酸メチルエステル（FAME）収率が得られたことを実証した。FAMEは、欧州規制EN 14214で定められた最低基準値（すなわち最低96.5％w/w）よりも高かった（鶏脂では97.42％w/w、牛羊脂では96.98％w/w）。

 

 

農場とオフグリッドユーザーのための小規模バイオディーゼル

国や地域によっては、小規模の個人ユーザーに対するバイオディーゼル規制が限定的であったり、実施され なかったりする。農家や農機具の所有者は、トラクター、発電機、ヒーター、その他のディーゼル農機具で自家消費するために、使用済み食用油から少量のバイオディーゼルを生産することができる。
このような場合、多くの場合、認定された商業的販売よりも実用的な燃料代替が目標となる。超音波バイオディーゼル反応器は、このような分散型生産にとっても魅力的である：

• 反応速度が速い
• コンパクトな装置で効率的な変換
• 変動する廃油原料に適している
• 大型攪拌タンクへの依存度の低減
• モジュール式処理セットアップの可能性

同時に，規格外のバイオディーゼルは，すべてのエ ンジンに適合するわけではなく，現地の法的要件に適合し ない可能性があり，保管，材料の適合性，排出ガス，エ ンジンの保証に問題が生じる可能性があることを明記す ることが重要である。バイオディーゼル規格が存在する場合，規制用途や路上走行車両に使用する前に，燃料を試験し，それに従って製造すべきである。

 

 

UCOからの超音波バイオディーゼル製造の経済的利点

バイオディーゼルの経済性において、原料コストは最大の変動要因の一つである。使用済み食用油は一般に精製植物油よりも安価であるため、コスト削減の可能性が高い。しかし、プロセスが遅かったり、化学的に効率が悪かったり、原料のばらつきに対応できなかったりすると、こうした節約効果が失われる可能性がある。
Hielscher 社の超音波バイオディーゼルリアクターは、反応効率とプラントの生産性を向上させることで、収益性を守るのに役立ちます。経済的な利点は以下の通りです：

• 低コストのUCO原料の利用向上
• スループットの向上
• 反応時間の短縮
• 非効率なバルク攪拌シナリオと比較して、ミキシング関連のエネルギー需要が少ない
• プロセスの一貫性の向上
• 連続生産ラインへの統合が容易

廃油バイオディーゼルの生産規模の拡大を目指す生産者にとって、このような原料の柔軟性とプロセスの強化の組み合わせは非常に価値がある。

ヒールシャー超音波リアクターでUCOをUCOMEバイオディーゼルに効率的に変換！

使用済み食用油をUCOMEに変換することは、持続可能性を向上させ、原料コストを削減しながら、廃棄物から再生可能燃料を作り出す賢い方法である。UCOはバージンオイルよりも加工が難しいことが多いため、効率的で信頼性の高いバイオディーゼル生産を実現するためには、リアクター技術が重要な役割を果たす。
Hielscher社の超音波バイオディーゼルリアクターは、キャビテーション駆動の混合と物質移動により、オイルとメタノールの反応を促進します。これにより、より速いエステル化とトランスエステル化、変動するUCO原料のより良い取り扱い、バイオディーゼルのスケーラブルなインライン生産が可能になります。
商業生産者向けには、ASTM D6751とEN 14214に適合した燃料を生産するように設計されたバイオディーゼルプロセスにHielscherの超音波システムが使用されています。バイオディーゼル規制のない国の農家や小規模ユーザーにとって、超音波リアクターは、非特定燃料は現地の要件とエンジン適合性に従って慎重に使用されるべきであることを認識しながら、現地の機器使用のために少量のバイオディーゼルをコンパクトに生産することもサポートできます。
UCOからUCOMEへの効率的な生産が目的であれば、ヒ ルシャーの超音波バイオディーゼルリアクターは、近代的な バイオディーゼル処理のための強力でスケーラブルな技術プ ラットフォームを提供します。

下の表は、Hielscher社製超音波バイオディーゼルリアクターのおおよその処理能力を示しています：

流量	パワー
20 – 毎時100L	1kW
80 – 毎時400L	4x1kW
0.3 – 1.5m³/時	4x4kW
2 – 10m³/時	6x16kW
20 – 100m³/時	62x16kW

Hielscherがバイオディーゼル生産者にとって有力な選択肢である理由

Hielscher社は、実際のプロセス用途向けに設計された工業用超音波技術で認められています。バイオディーゼル生産において、Hielscher社の超音波リアクターは、UCO転化を促進し、メタノールと油の混合を改善し、廃油や油脂からバイオディーゼルを効率的に生産するための実用的なルートを提供します。

生産者がHielscherを選ぶ主な理由は以下の通り：

• 実証された超音波の専門知識
• 連続バイオディーゼル処理のためのインラインリアクター設計
• エステル化およびトランスエステル化の適性
• ラボから生産までの強力なスケールアップ経路
• 産業環境向けの堅牢な機器
• 使用済み食用油のような難易度の高い原料の効率的な処理

デザイン、製造、コンサルティング – 品質 ドイツ製

Hielscher社の超音波装置は、その最高の品質と設計基準でよく知られています。頑丈で操作が簡単なため、産業設備にスムーズに組み込むことができます。過酷な条件や厳しい環境でも、Hielscherの超音波装置は容易に対応できます。

Hielscher Ultrasonics社は、ISO認証取得企業であり、最先端の技術と使いやすさを特徴とする高性能超音波振動子に特に重点を置いています。もちろん、Hielscherの超音波装置はCEに準拠しており、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。

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文献・参考文献

• 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).

よくある質問

バイオディーゼルは農機具に使えるか？

はい。圧縮着火式ディーゼルエンジンを搭載した農機では、一般的にバイオディーゼル混合燃料を使用することができ、多くのメーカーはB5やB20といった混合燃料を承認している。

バイオディーゼルで走れるエンジンとは？

バイオディーゼルはディーゼルエンジン、特に自動車、発電機、農業機械に使用される圧縮着火式エンジン向けである。実際には、基本的にすべてのディーゼルエンジンが低濃度のバイオディーゼルで運転できるが、高濃度のバイオディーゼルまたは完全なバイオディーゼル（B100）を使用するには、エンジンの適合性とメーカーの承認が必要である。

米国ASTM D6751規格とは何ですか？

ASTM D6751は、中間留分燃料に混合するためのバイオディーゼル燃料ブレンド原料B100の米国規格である。この規格は要求される燃料特性を定義し、最大硫黄含有量15ppmと500ppmに対応するS15等級とS500等級をカバーしている。

UCOMEバイオディーゼルとは？

UCOMEとは、Used Cooking Oil Methyl Ester（使用済み食用油メチルエステル）のこと。廃食用油をメチルエステルに変換して作られる脂肪酸メチルエステルバイオディーゼルで、通常はディーゼルの代替またはブレンド成分として使用される。

UCOMEはバイオ舶用燃料油の混合成分として適しているか？

はい。UCOME は、例えば超低硫黄燃料油（VLSFO）との混合など、船舶用バイオ燃料の配合成分として既に商業的に使用されている。その適性は、燃料の品質、安定性、適合性、関連する船舶用燃料の仕様および取り扱い要件への適合性に依存する。