Ēdiena gatavošanas eļļas atkritumu pārvēršana uzticamā biodīzeļdegvielā dīzeļdzinējiem

Ēdiena gatavošanas eļļas atkritumi ir viena no vispievilcīgākajām biodīzeļdegvielas izejvielām. Tā ir lēta, plaši pieejama un palīdz atrisināt apglabāšanas problēmu. Taču tā ir arī labi zināma pārstrādes problēma: sliktas izejvielas, piemēram, augu eļļas atkritumi, izlietotas pārtikas eļļas, cepšanas tauki, dzīvnieku tauki, kausēti tauki vai zivju eļļas, ir grūtāk efektīvi pārstrādājamas nekā rafinētas neapstrādātas eļļas.

Nesen veiktajā pētījumā par ultraskaņas atbalstītu pāresterifikāciju parādīts, kā šo problēmu var atrisināt, izmantojot ultraskaņas sajaukšanu. Pētnieki optimizēja biodīzeļdegvielas ražošanu no pārtikas atkritumeļļas (WCO) un pēc tam testēja iegūto biodīzeļdegvielu un biodīzeļdegvielas un dīzeļdegvielas maisījumus dīzeļdzinējā. Viņu iegūtie rezultāti apstiprina divus svarīgus secinājumus: pirmkārt, sonikācija nodrošina ātru un augstu konversiju pat sarežģītām izejvielām; otrkārt, iegūtos biodīzeļdegvielas un dīzeļdegvielas maisījumus var izmantot dīzeļdzinējos bez pārveidošanas, un to veiktspēja ir tuva dīzeļdegvielai, kā arī uzlabotas emisijas.

Vai esat gatavi pārvērst lētas atkritumeļļas augstas vērtības biodīzeļdegvielā?

Hielscher ultraskaņas biodīzeļdegvielas reaktori palīdz ražotājiem pārvērst sarežģītas izejvielas, piemēram, pārtikas eļļas atkritumus, cepšanas taukus, kausētus taukus un zivju eļļu, ar ātrāku reakcijas ātrumu, īsāku uzturēšanās laiku un uzlabotu procesa efektivitāti. Sazinieties ar mums, lai apspriestu jūsu izejvielu, mērķa jaudu un reaktora uzstādīšanu nepārtrauktai ultraskaņas biodīzeļdegvielas ražošanai.

Kāpēc biodīzeļdegvielas ražošanā ir grūti izmantot nabadzīgas izejvielas

Lētas biodīzeļdegvielas izejvielas ir pievilcīgas, jo izejvielu izmaksas dominē ražošanas ekonomikā. 2025. gadā publicētajā Belala un kolēģu pētījumā parādīts, ka pārtikas eļļas un tauku atkritumus var efektīvi pārvērst biodīzeļdegvielā, izmantojot ultraskaņas maisīšanu. Pēc tam ar ultraskaņu iegūto biodīzeļdegvielu veiksmīgi izmantoja dīzeļdzinējos.
Lai gan atkritumeļļu izmantošana ļauj izvairīties no pārtikas un degvielas problēmas, kas saistīta ar pārtikas eļļām, problēma ir tā, ka sliktas izejvielas ir mainīgākas un grūtāk pārstrādājamas. Tradicionālajā pāresterifikācijā spirta un eļļas fāzes ir nesajaucamas, tāpēc reakcijas efektivitāte lielā mērā ir atkarīga no tā, cik labi sistēma spēj pārvarēt masas pārneses ierobežojumus. Degradētu vai nekvalitatīvu eļļu un tauku gadījumā šie ierobežojumi kļūst vēl nopietnāki, bieži vien izraisot lēnāku konversiju, ilgāku noturības laiku, sarežģītāku fāzu atdalīšanu un kopumā mazāk efektīvu pārstrādi. Tieši šajā gadījumā ultraskaņas maisīšana kļūst par patiesu spēles maiņas iespēju.

Kāpēc sonikācija ļauj izmantot sliktas izejvielas

Sonikācija ļauj efektīvāk pārstrādāt nabadzīgas izejvielas, piemēram, atkritumeļļas, atkritumeļļas, cepšanas taukus, liellopu tauku taukus vai zivju eļļas, jo ultraskaņas kavitācija nodrošina daudz labāku kontaktu starp nesajaucamām eļļas un spirta fāzēm, ievērojami uzlabojot sajaukšanos, kā arī siltuma un masas pārnesi. Turklāt ultraskaņas maisīšanai ir gan fizikāla, gan ķīmiska ietekme: ultraskaņas kavitācija pastiprina reakcijas vidi un var veicināt ļoti reaktīvu radikāļu veidošanos, kas vēl vairāk paātrina reakcijas kinētiku un veicina ātrāku un pilnīgāku pāresterifikāciju.
Tieši tāpēc sonikācija ir tik vērtīga zemākas kvalitātes izejvielām. Tā kompensē ierobežojumus, kas parasti apgrūtina šo izejvielu izmantošanu parastajās sistēmās.

Ko pētījumā izdevās panākt ar sonikāciju

Tā vietā, lai koncentrētos uz nelielām laboratorijas iekārtām, rūpnieciskajiem biodīzeļdegvielas ražotājiem galvenais rezultāts ir procesa intensifikācija, ko panāk ar sonikāciju. Optimizētos ultraskaņas apstākļos Belal et al. (2025) pētījumā tika sasniegts 96,65 % biodīzeļdegvielas iznākums. Salīdzinājumā ar autoriem’ parasto etalonu, ar ultraskaņu veicināta pāresterifikācija saīsināja reakcijas laiku no 90 minūtēm līdz 6 minūtēm un saīsināja biodīzeļdegvielas un glicerīna atdalīšanas laiku no 720 minūtēm līdz 30 minūtēm.
Šie rezultāti ir ļoti svarīgi rūpnieciskai biodīzeļdegvielas ražošanai, jo tie liecina, ka sonikācija ne tikai nedaudz uzlabo sajaukšanos. – tas būtiski paātrina konversiju un pakārtoto atdalīšanu.
 

Ar ultraskaņas metodi pirmajā 1,5 minūtē tiek sasniegta aptuveni 75 % konversija, bet pēc 6 minūtēm - aptuveni 90 % konversija.
Tradicionālā metode uzrāda daudz lēnāku konversijas koeficientu, sasniedzot tikai aptuveni 40 % konversiju pēc 8 minūtēm.
Pētījums un grafiks: ©Fayyyazi et al. 2014, 2014.

Kā tas izpaužas nepārtrauktā plūsmas caurplūdes Hielscher biodīzeļdegvielas pārstrādē

Rūpnieciskai ieviešanai šie atklājumi tieši atspoguļo nepārtrauktas caurplūdes ultraskaņas biodīzeļdegvielas apstrādes priekšrocības ar Hielscher rūpnieciskajiem sonikatoriem un reaktoriem. Tas pats kavitācijas mehānisms, kas parādīts pētījumā. – intensīvāka sajaukšanās, uzlabots starpfāžu kontakts, ātrāka siltuma un masas pārnese un paātrināta reakcijas kinētika. – ir tieši tas, kas nosaka inline ultraskaņas reaktoru veiktspēju.
Nepārtrauktā režīmā eļļa, spirts un katalizators tiek sūknēti caur ultraskaņas reaktora zonu, kur augstas intensitātes kavitācija nepārtraukti disperģē un reaģē ar fāzēm. Tas nodrošina īsāku uzturēšanās laiku, ātrāku konversiju, stabilāku mainīgu lētu izejvielu apstrādi un ātrāku atdalīšanu pēc procesa. Rūpnieciskajiem ražotājiem, kas strādā ar WCO, izmantotiem cepšanas taukiem, kausētiem taukiem vai zivju eļļu, galvenais ieguvums ir skaidrs: sonikācija padara sarežģītas izejvielas komerciāli pievilcīgākas, jo nodrošina labāku konversiju īsākā laikā.

Sonikācija uzlabo degvielas kvalitāti

Svarīgi ir tas, ka neapstrādātas atkritumeļļas nav piemērota dzinēju degviela. Pētījumā veiktajā termogravimetriskajā analīzē tika salīdzināta dīzeļdegviela, neapstrādāta WCO, tradicionāli ražota biodīzeļdegviela un biodīzeļdegviela, kas ražota, izmantojot ultraskaņas sajaukšanu. Autori konstatēja, ka neapstrādātai WCO bija visvājākā iztvaikošanas spēja, savukārt ultraskaņas ceļā ražotai biodīzeļdegvielai bija labāka iztvaikošanas spēja salīdzinājumā ar neapstrādātu WCO un pat salīdzinājumā ar biodīzeļdegvielu, kas ražota tradicionālās pāresterifikācijas procesā.
Tas ir svarīgi, jo slikta iztvaikošana un slikta izsmidzināšana ir galvenie iemesli, kāpēc neapstrādātas atkritumeļļas var izraisīt inžektora aizsērēšanu, nepilnīgu sadegšanu un nogulsnes. Pētījumā norādīts, ka neapstrādātas WCO satur nešķīstošus oligomērus, kas var sabojāt dzinēju, aizsprostojot iesmidzināšanas sistēmu, savukārt pareiza pāresterifikācija ievērojami uzlabo degvielas īpašības.

Vai biodīzeļdegvielas un dīzeļdegvielas maisījumus bez problēmām var izmantot dīzeļdzinējos?

Belal et al. (2025) veiktais pētījums liecina, ka, jā, ultrasonogrāfiski ražotu biodīzeļdegvielu var bez problēmām izmantot standarta dīzeļdzinējos. Pētnieki testēja B10, B20, B30, B40 un B100 maisījumus dīzeļdzinējos ar nemainīgu apgriezienu skaitu un mainīgu slodzi. Viņi secināja, ka dīzeļdegvielu var aizstāt ar WCO biodīzeļdegvielu vai biodīzeļdegvielas un dīzeļdegvielas maisījumiem bez dzinēja modifikācijas un ka B40 ir ieteicamais maisījums, jo tas apvieno salīdzināmu dzinēja veiktspēju ar acīmredzami uzlabotām emisijām.
Pat ja ne visi rādītāji ir identiski fosilajai dīzeļdegvielai, maisījumi joprojām ir pilnībā izmantojami standarta dīzeļdzinēju darbībā, bet veiktspējas atšķirības ir nelielas, savukārt emisiju ieguvumi ir ievērojami.
 

Dažādi biodīzeļdegvielas/dīzeļdegvielas maisījumi pie 10-100% motora slodzes. – Pa kreisi: BSFC variācija / pa labi: BTE izmaiņas ar dažādiem biodīzeļdegvielas/dīzeļdegvielas maisījumiem pie 10-100% motora noslodzes.
Pētījums un grafiki: ©Belal et al., 2025, ©Belal et al., 2025

Dzinēja veiktspēja: Tuvu dīzeļdegvielai ar nelieliem kompromisiem

Pētījumā tika konstatēts, ka biodīzeļdegvielas maisījumu veiktspēja ir līdzīga dīzeļdegvielas veiktspējai, nedaudz palielinoties bremzēm raksturīgajam degvielas patēriņam un nedaudz samazinoties bremžu termiskajam lietderības koeficientam.
Šīs izmaiņas ir gaidāmas. Izmērītās īpašības parādīja, ka WCO biodīzeļdegvielai ir lielāks blīvums un viskozitāte un zemāka siltumspēja nekā dīzeļdegvielai, lai gan cetānskaitlis šajā pētījumā bija tāds pats. Tas nozīmē, ka, lai iegūtu tādu pašu jaudu, var būt nepieciešams nedaudz vairāk degvielas, taču dzinējs joprojām darbojas normāli, izmantojot maisījumus.
No praktiskā viedokļa tas apstiprina argumentu, ka biodīzeļdegvielas maisījumi dīzeļdzinējos ir praktiski izmantojami pat tad, ja tos ražo no tādām nabadzīgām izejvielām kā pārtikas atkritumeļļa.

Emisijas: Liels ieguvums no biodīzeļdegvielas piejaukuma

Emisiju rezultāti ir tie, kuros biodīzeļdegviela uzrādīja savas vislielākās priekšrocības.

Pie pilnas slodzes B100 radīja vislielāko samazinājumu:

• CO: samazinājums par 42,9%
• nesadegušo ogļūdeņražu samazinājums par 29,9 %.
• dūmu necaurredzamība: samazinājums par 42,1 %.

salīdzinājumā ar tīru dīzeļdegvielu.
Pētījumā šīs priekšrocības skaidrotas ar augstāku skābekļa saturu biodīzeļdegvielā un zemāku oglekļa saturu, kas veicina pilnīgāku sadegšanu un samazina kvēpu veidošanos.

Ko tas nozīmē biodīzeļdegvielas ražotājiem

Sliktas izejvielas ir ekonomiski pievilcīgas, taču tās ir grūtāk pārstrādāt ar parasto tehnoloģiju. Sonikācija maina šo vienādojumu, pārvarot eļļas un spirta masas pārneses barjeru un ievērojami paātrinot konversiju. Pētījumā tas nozīmēja 96,65 % biodīzeļdegvielas iznākumu, reakcijas laika samazinājumu no 90 minūtēm līdz 6 minūtēm un atdalīšanas laika samazinājumu no 12 stundām līdz 30 minūtēm.
Nepārtrauktās rūpnieciskās biodīzeļdegvielas sistēmām tas nozīmē Hielscher ultraskaņas apstrādes galvenās priekšrocības: lielāka caurlaidspēja, īsāks uzturēšanās laiks, uzlabota izturība pret izejvielu mainīgumu un efektīvāka ražošana no lētām eļļām un taukiem.
 

UIP1000hdT ultraskaņas reaktors uzlabotai atkritumeļļu un tauku biodīzeļdegvielas konversijai.

Hielscher Sonicators biodīzeļdegvielai no WCO

Pētījums parāda, kāpēc Hielscher sonikatori ir tik spēcīgs instruments biodīzeļdegvielas ražošanai no nabadzīgām izejvielām. Ultraskaņas kavitācija pastiprina pāresterifikāciju, uzlabojot sajaukšanos, siltuma pārnesi, masas pārnesi un reakcijas kinētiku, ļaujot ātri un efektīvi pārveidot tādas sarežģītas izejvielas kā pārtikas atkritumeļļas un citas degradētas eļļas un taukus. Optimizētos apstākļos pētījumā tikai 6 minūšu laikā tika iegūts 96,65 % biodīzeļdegvielas, turklāt glicerīna atdalīšana bija ievērojami ātrāka nekā parastajā procesā.
Tikpat svarīgi ir tas, ka iegūtā biodīzeļdegviela bija praktiski izmantojama dzinējos. Biodīzeļdegvielas un dīzeļdegvielas maisījumu veiktspēja bija tuva parastās dīzeļdegvielas veiktspējai, vienlaikus ievērojami samazinot CO, nesadegušo ogļūdeņražu un dūmu daudzumu. Ieteicamais B40 maisījums apvienoja salīdzināmu mehānisko veiktspēju ar vislīdzsvarotāko emisiju uzvedību, un to varēja izmantot bez dzinēja modifikācijas.
Hielscher sonikatori ne tikai paātrina biodīzeļdegvielas ražošanu – tā ļauj efektīvi un nepārtraukti pārstrādāt lētas, sliktas kvalitātes izejvielas, kā arī pārvērš eļļas un tauku atkritumus praktiskā, dzinējiem piemērotā degvielā.

Tabulā zemāk ir norādīta aptuvenā Hielscher ultraskaņas biodīzeļdegvielas reaktoru pārstrādes jauda:

Hielscher ultraskaņas biodīzeļdegvielas maisītāju izmantošanas ekonomiskais un vides aspekts

Gholami et al. (2021) tehniski ekonomiskais modelis parādīja:

• Kopējās ieguldījumu izmaksas samazinātas par aptuveni 21%,
• Izstrādājuma izmaksas uz tonnu samazinātas par aptuveni 5 %,
• Atkritumu veidošanās ir samazināta līdz vienai piektajai daļai no mehāniskās maisīšanas radīto atkritumu daudzuma,
• Iekšējā peļņas norma (IRR) uzlabojās līdz 18,3 % ar pozitīvu NPV, bet tradicionālais process joprojām bija nerentabls.

No vides aizsardzības viedokļa metanola pārpalikuma samazināšana tieši mazina gaistošo organisko savienojumu emisijas un samazina siltumenerģijas patēriņu, tādējādi saskaņojot ultraskaņas biodīzeļdegvielas ražošanu ar videi draudzīgas ražošanas mērķiem.

Pārskats par ultraskaņas biodīzeļdegvielas reaktora priekšrocībām

(salīdzinošā pētījuma rezultāti, sk. Gholami et al., 2021)

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Kvalitāte ražots Vācijā

Hielscher ultrasonikatori ir labi pazīstami ar saviem augstākajiem kvalitātes un dizaina standartiem. Robustums un viegla darbība ļauj vienmērīgi integrēt mūsu ultrasonikatorus rūpnieciskajās iekārtās. Hielscher ultrasonikatori viegli apstrādā neapstrādātus apstākļus un prasīgu vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums un īpašu uzsvaru liek uz augstas veiktspējas ultrasonikatoriem, kas piedāvā vismodernākās tehnoloģijas un lietotājdraudzīgumu. Protams, Hielscher ultrasonikatori atbilst CE prasībām un atbilst UL, CSA un RoHs prasībām.

Literatūra / Atsauces