Lietotas cepamās eļļas pārvēršana uzticamā biodīzeļdegvielā dīzeļdzinējiem

Lietota cepamā eļļa ir viena no pievilcīgākajām pašlaik pieejamajām biodīzeļdegvielas izejvielām. Tā ir lēta, plaši pieejama un palīdz atrisināt atkritumu apsaimniekošanas problēmu. Taču tās pārstrāde rada arī labi zināmu izaicinājumu: zemas kvalitātes izejvielas, piemēram, augu eļļu atkritumus, lietotas cepamās eļļas, cepšanas taukus, dzīvnieku taukus, kausētus dzīvnieku taukus vai zivju eļļas, ir grūtāk efektīvi pārveidot nekā rafinētas, iepriekš nelietotas eļļas.

Nesen veikts pētījums par pāresterifikāciju ar ultraskaņas palīdzību parāda, kā šo problēmu var pārvarēt, izmantojot sajaukšanu ar ultraskaņu. Pētnieki optimizēja biodīzeļdegvielas ražošanu no lietotas cepamās eļļas (WCO) un pēc tam pārbaudīja iegūto biodīzeļdegvielu un biodīzeļdegvielas un dīzeļdegvielas maisījumus dīzeļdzinējā. Viņu rezultāti pamato divus svarīgus secinājumus: pirmkārt, apstrāde ar ultraskaņu nodrošina ātru pārveidi ar augstu iznākumu pat grūti pārstrādājamām izejvielām; otrkārt, iegūtos biodīzeļdegvielas un dīzeļdegvielas maisījumus var izmantot dīzeļdzinējos bez modifikācijām, nodrošinot dīzeļdegvielai līdzīgus darbības rādītājus un labākus emisiju rādītājus.

Vai esat gatavi pārvērst lētas atkritumeļļas augstvērtīgā biodīzeļdegvielā?

Hielscher ultraskaņas biodīzeļdegvielas reaktori palīdz ražotājiem pārveidot grūti pārstrādājamas izejvielas, piemēram, lietotu cepamo eļļu, cepšanas taukus, kausētus dzīvnieku taukus un zivju eļļu, nodrošinot lielāku reakcijas ātrumu, īsāku uzturēšanās laiku un labāku procesa efektivitāti. Sazinieties ar mums jau tagad, lai apspriestu jūsu izejvielu, vēlamo ražošanas jaudu un reaktora konfigurāciju nepārtrauktai biodīzeļdegvielas ražošanai ar ultraskaņu.

Kāpēc zemas kvalitātes izejvielas rada grūtības biodīzeļdegvielas ražošanā

Lētas biodīzeļdegvielas izejvielas ir pievilcīgas, jo izejvielu izmaksām ir noteicoša loma ražošanas ekonomiskajos rādītājos. Belal un kolēģu 2025. gadā publicētais pētījums parāda, ka lietotas cepamās eļļas un taukus var efektīvi pārveidot biodīzeļdegvielā, izmantojot sajaukšanu ar ultraskaņu. Pēc tam ar ultraskaņu ražotā biodīzeļdegviela tika veiksmīgi izmantota dīzeļdzinējos.
Lai gan atkritumeļļu izmantošana ļauj izvairīties no pārtikas un degvielas ražošanas konkurences problēmas, kas saistīta ar pārtikas eļļu izmantošanu, grūtības rada tas, ka zemas kvalitātes izejvielām ir mainīgākas īpašības un tās ir grūtāk pārstrādāt. Tradicionālajā pāresterifikācijā spirta un eļļas fāzes savstarpēji nesajaucas, tāpēc reakcijas efektivitāte lielā mērā ir atkarīga no tā, cik labi sistēma spēj pārvarēt masas pārneses ierobežojumus. Degradētu vai zemas kvalitātes eļļu un tauku gadījumā šie ierobežojumi kļūst izteiktāki, bieži izraisot lēnāku pārveidi, ilgāku uzturēšanās laiku, grūtāku fāžu atdalīšanu un mazāk efektīvu pārstrādi kopumā. Tieši šeit sajaukšana ar ultraskaņu kļūst par izšķirošu pavērsienu.

Kāpēc apstrāde ar ultraskaņu ļauj izmantot zemas kvalitātes izejvielas

Apstrāde ar ultraskaņu ļauj efektīvāk pārstrādāt zemas kvalitātes izejvielas, piemēram, augu eļļu atkritumus, lietotas cepamās eļļas, cepšanas taukus, kausētus liellopu taukus vai zivju eļļas, jo ultraskaņas kavitācija nodrošina daudz labāku saskari starp savstarpēji nesajaucamajām eļļas un spirta fāzēm, ievērojami uzlabojot sajaukšanu, kā arī siltuma un masas pārnesi. Turklāt sajaukšanai ar ultraskaņu ir gan fizikāla, gan ķīmiska iedarbība: ultraskaņas kavitācija pastiprina reakcijas norisi reakcijas vidē un var veicināt ļoti reaģētspējīgu radikāļu veidošanos, kas vēl vairāk paātrina reakcijas kinētiku un sekmē ātrāku, pilnīgāku pāresterifikāciju.
Tieši tāpēc apstrāde ar ultraskaņu ir tik vērtīga zemākas kvalitātes izejvielām. Tā kompensē ierobežojumus, kas parasti apgrūtina šo izejvielu pārstrādi tradicionālajās sistēmās.

Ko pētījumā izdevās sasniegt ar apstrādi ar ultraskaņu

Rūpnieciskajiem biodīzeļdegvielas ražotājiem būtiskākais rezultāts ir ar ultraskaņas apstrādi panāktā procesa intensifikācija, nevis nelielā laboratorijas iekārta. Optimizētos ultraskaņas apstrādes apstākļos Belal et al. (2025) pētījumā tika sasniegts 96,65% biodīzeļdegvielas iznākums. Salīdzinājumā ar autoru izmantoto tradicionālā procesa etalonvariantu transesterifikācija ar ultraskaņas palīdzību samazināja 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 nozīmīgi rūpnieciskajai biodīzeļdegvielas ražošanai, jo tie parāda, ka apstrāde ar ultraskaņu ne tikai nedaudz uzlabo sajaukšanu – tā būtiski paātrina pārveidi un turpmāko atdalīšanu.
 

Ar ultraskaņas metodi jau pirmajās 1,5 minūtēs tiek sasniegta aptuveni 75% konversija, un pēc 6 minūtēm tā stabilizējas aptuveni 90% līmenī.
Tradicionālajai metodei ir daudz mazāks pārveides ātrums, pēc 8 minūtēm sasniedzot tikai aptuveni 40% konversiju.
Pētījums un grafiks: ©Fayyyazi et al. 2014

Ko tas nozīmē nepārtrauktai biodīzeļdegvielas apstrādei caurplūdē ar Hielscher iekārtām

Rūpnieciskajā ieviešanā šie secinājumi tieši atspoguļojas priekšrocībās, ko sniedz nepārtraukta biodīzeļdegvielas apstrāde ar ultraskaņu caurplūdē, izmantojot Hielscher rūpnieciskās ultraskaņas iekārtas un reaktorus. Tas pats pētījumā demonstrētais kavitācijas mehānisms – intensīvāka sajaukšana, labāks kontakts starp fāzēm, ātrāka siltuma un masas pārnese un paātrināta reakcijas kinētika – nosaka arī plūsmas līnijā uzstādīto ultraskaņas reaktoru veiktspēju.
Nepārtrauktā darbības režīmā eļļa, spirts un katalizators tiek sūknēti caur ultraskaņas reaktora zonu, kur augstas intensitātes kavitācija nepārtraukti izkliedē fāzes un izraisa to savstarpējo reakciju. Tas nodrošina īsāku uzturēšanās laiku, ātrāku pārveidi, stabilāku mainīga sastāva zemu izmaksu izejvielu apstrādi un ātrāku turpmāko atdalīšanu. Rūpnieciskajiem ražotājiem, kuri strādā ar WCO, lietotiem cepšanas taukiem, kausētiem dzīvnieku taukiem vai zivju eļļu, galvenais secinājums ir skaidrs: apstrāde ar ultraskaņu padara grūti pārstrādājamas izejvielas komerciāli pievilcīgākas, nodrošinot augstāku konversiju īsākā laikā.

Apstrāde ar ultraskaņu uzlabo degvielas kvalitāti

Būtiski ir tas, ka neapstrādātas atkritumeļļas nav piemērotas izmantošanai par dzinēju degvielu. Pētījuma termogravimetriskajā analīzē tika salīdzināta dīzeļdegviela, neapstrādāta WCO, tradicionāli ražota biodīzeļdegviela un biodīzeļdegviela, kas ražota, izmantojot sajaukšanu ar ultraskaņu. Autori konstatēja, ka neapstrādātai WCO bija vissliktākās iztvaikošanas īpašības, savukārt ar ultraskaņu ražotai biodīzeļdegvielai bija labākas iztvaikošanas īpašības salīdzinājumā ar neapstrādātu WCO un pat salīdzinājumā ar biodīzeļdegvielu, kas ražota ar tradicionālu transesterifikāciju.
Tas ir būtiski, jo slikta iztvaikošana un slikta izsmidzināšanās ir vieni no galvenajiem iemesliem, kāpēc neapstrādātas atkritumeļļas var izraisīt sprauslu piesārņošanos, nepilnīgu sadegšanu un nogulsnes. Pētījumā norādīts, ka neapstrādāta WCO saturēja nešķīstošus oligomērus, kas var sabojāt dzinēju, aizsprostojot iesmidzināšanas sistēmu, savukārt pareizi veikta transesterifikācija būtiski uzlabo degvielas īpašības.

Vai biodīzeļdegvielas un dīzeļdegvielas maisījumus var bez problēmām izmantot dīzeļdzinējos?

Belal et al. (2025) pētījums parāda, ka ar ultraskaņu ražotu biodīzeļdegvielu patiešām var bez problēmām izmantot standarta dīzeļdzinējos. Pētnieki pārbaudīja maisījumus B10, B20, B30, B40 un B100 dīzeļdzinējā ar nemainīgu apgriezienu skaitu un mainīgu slodzi. Viņi secināja, ka dīzeļdegvielu var aizstāt ar WCO biodīzeļdegvielu vai biodīzeļdegvielas un dīzeļdegvielas maisījumiem bez dzinēja pārveidošanas un ka ieteicamais maisījums bija B40, jo tas apvienoja salīdzināmus dzinēja darbības rādītājus ar nepārprotami labākiem emisiju rādītājiem.
Pat ja ne visi rādītāji ir identiski fosilās dīzeļdegvielas rādītājiem, maisījumi joprojām ir pilnībā izmantojami standarta dīzeļdzinēju darbībā, turklāt darbības rādītāju atšķirības ir nelielas un ieguvumi emisiju samazināšanā ir būtiski.
 

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

Dzinēja veiktspēja: tuva dīzeļdegvielas rādītājiem, ar nelieliem kompromisiem

Pētījumā konstatēts, ka biodīzeļdegvielas maisījumi nodrošināja līdzīgu dzinēja veiktspēju kā dīzeļdegviela, nedaudz palielinoties īpatnējam efektīvajam degvielas patēriņam un nedaudz samazinoties efektīvajam termiskajam lietderības koeficientam.
Šādas izmaiņas ir sagaidāmas. Izmērītās īpašības parādīja, ka no lietotas cepamās eļļas (WCO) iegūtajai biodīzeļdegvielai bija lielāks blīvums un viskozitāte un zemāka siltumspēja nekā dīzeļdegvielai, lai gan cetānskaitlis šajā pētījumā bija vienāds. Tas nozīmē, ka tādas pašas jaudas iegūšanai var būt nepieciešams nedaudz vairāk degvielas, taču dzinējs ar šiem maisījumiem joprojām darbojas normāli.
No praktiskā viedokļa tas apstiprina argumentu, ka biodīzeļdegvielas maisījumi ir piemēroti dīzeļdzinēju ekspluatācijai pat tad, ja tie ražoti no zemas kvalitātes izejvielām, piemēram, lietotas cepamās eļļas.

Emisijas: būtiski ieguvumi, piejaucot biodīzeļdegvielu

Tieši emisiju rezultātos biodīzeļdegviela uzrādīja savas lielākās priekšrocības.

Pie pilnas slodzes B100 nodrošināja vislielāko samazinājumu šādos rādītājos:

• CO: samazinājums par 42,9%
• nesadegušie ogļūdeņraži: samazinājums par 29,9%
• dūmu necaurredzamība: samazinājums par 42,1%

salīdzinājumā ar tīru dīzeļdegvielu.
Pētījumā šie ieguvumi tiek saistīti ar lielāku skābekļa saturu un mazāku oglekļa saturu biodīzeļdegvielā, kas veicina pilnīgāku sadegšanu un samazina kvēpu veidošanos.

Ko tas nozīmē biodīzeļdegvielas ražotājiem

Zemas kvalitātes izejvielas ir ekonomiski pievilcīgas, taču tās ir grūtāk pārstrādāt ar tradicionālajām tehnoloģijām. Apstrāde ar ultraskaņu maina šo situāciju, pārvarot masas pārneses barjeru starp eļļu un spirtu un krasi paātrinot pārvēršanu. Pētījumā tas nozīmēja 96,65% biodīzeļdegvielas iznākumu, reakcijas laika saīsināšanu no 90 minūtēm līdz 6 minūtēm un atdalīšanas laika samazināšanu no 12 stundām līdz 30 minūtēm.
Nepārtrauktas darbības rūpnieciskajās biodīzeļdegvielas ražošanas sistēmās tas izpaužas kā Hielscher ultraskaņas apstrādes galvenās priekšrocības: lielāka ražība, īsāks uzturēšanās laiks, uzlabota procesa noturība pret izejvielu īpašību svārstībām un efektīvāka ražošana no lētām eļļām un taukiem.
 

UIP1000hdT ultraskaņas reaktors efektīvākai eļļu un tauku atkritumu pārvēršanai biodīzeļdegvielā.

Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas biodīzeļdegvielas ražošanai no WCO

Pētījums parāda, kāpēc Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas ir tik efektīvs rīks biodīzeļdegvielas ražošanai no zemas kvalitātes izejvielām. Ultraskaņas kavitācija intensificē pāresterificēšanu, uzlabojot sajaukšanu, siltuma pārnesi, masas pārnesi un reakcijas kinētiku, tādējādi ļaujot ātri un efektīvi pārveidot grūti pārstrādājamas izejvielas, piemēram, lietotas cepamās eļļas un citas degradētas eļļas un taukus. Optimizētos apstākļos pētījumā tika sasniegts 96,65% biodīzeļdegvielas iznākums tikai 6 minūtēs, turklāt glicerīna atdalīšana bija ievērojami ātrāka nekā tradicionālajā apstrādē.
Tikpat svarīgi ir tas, ka iegūtā biodīzeļdegviela bija praktiski izmantojama dzinējos. Biodīzeļdegvielas un dīzeļdegvielas maisījumi uzrādīja tradicionālajai dīzeļdegvielai tuvu veiktspēju, vienlaikus ievērojami samazinot CO, nesadegušo ogļūdeņražu un dūmu emisijas. Ieteiktais B40 maisījums apvienoja salīdzināmu mehānisko veiktspēju ar vislīdzsvarotākajiem emisiju rādītājiem, un to varēja izmantot bez dzinēja pārveidošanas.
Hielscher ultraskaņas apstrādes iekārtas ne tikai paātrina biodīzeļdegvielas ražošanu – tās padara lētas, zemas kvalitātes izejvielas piemērotas efektīvai nepārtrauktai pārstrādei un pārvērš eļļu un tauku atkritumus praktiski izmantojamā, dzinējiem gatavā degvielā.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par Hielscher ultraskaņas biodīzeļdegvielas reaktoru aptuveno pārstrādes jaudu:

Hielscher ultraskaņas biodīzeļdegvielas maisītāju izmantošanas ekonomiskā ietekme un ietekme uz vidi

Gholami un līdzautoru (2021) tehniski ekonomiskais modelis parādīja:

• Kopējās investīciju izmaksas samazinājās par aptuveni 21%,
• Produkta izmaksas uz tonnu samazinājās par aptuveni 5%,
• Radušos atkritumu daudzums samazinājās līdz vienai piektdaļai no daudzuma, kas rodas, izmantojot mehānisko maisīšanu,
• Iekšējā ienesīguma norma (IRR) uzlabojās līdz 18,3% ar pozitīvu neto pašreizējo vērtību (NPV), savukārt tradicionālais process joprojām bija ekonomiski neizdevīgs.

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

Ultraskaņas biodīzeļdegvielas reaktora priekšrocību pārskats

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

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte

Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces ir plaši pazīstamas ar visaugstākajiem kvalitātes un projektēšanas standartiem. Izturība un vienkāršā lietošana ļauj mūsu ultraskaņas apstrādes ierīces viegli integrēt rūpnieciskajās ražotnēs. Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces viegli tiek galā ar skarbiem apstākļiem un prasīgu darba vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīcēm ar vismodernākajām tehnoloģijām un ērtu lietošanu. Protams, Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.

Literatūra / Atsauces

• 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.