Bioenerģijas ražošanas efektivitātes paaugstināšana ar lieljaudas ultraskaņu

Augstas intensitātes ultraskaņas izmantošana (apstrāde ar ultraskaņu) atjaunīgās enerģijas ražošanā ir būtisks sasniegums procesa efektivitātes uzlabošanā. Izmantojot akustisko kavitāciju, ultraskaņas tehnoloģija uzlabo masas pārnesi, sagrauj šūnu struktūras un paātrina ķīmiskās reakcijas dažādos biodegvielas ražošanas procesos, tostarp biodīzeļdegvielas, bioetanola un biogāzes ražošanā.
Pieprasījums pēc atjaunīgajām degvielām pieaug, jo naftas cenas sasniedz jaunus rekordus. Ultraskaņas tehnoloģijas izmantošana videi draudzīgu degvielu, piemēram, biodīzeļdegvielas, bioetanola un biogāzes, ražošanā uzlabo tehnisko un ekonomisko efektivitāti.

Biodīzeļdegviela no izlietotas augu eļļas un dzīvnieku taukiem

Biodīzeļdegviela ir atjaunīga degviela, ko var izmantot dīzeļdzinējos kā alternatīvu no naftas iegūtai dīzeļdegvielai. Biodīzeļdegvielu iegūst pāresterificējot tādas izejvielas kā augu eļļas, dzīvnieku taukus vai pārtikas taukus. Visbiežāk izmanto tādas izejvielas kā sojas, rapšu vai aļģu eļļa. Biodīzeļdegvielas ražošanā notiek katalītiska reakcija ar spirtu (metanolu vai etanolu). Eļļas, dzīvnieku tauku vai pārtikas tauku sajaukšana ar spirtu, izmantojot ultraskaņu, ievērojami palielina reakcijas ātrumu un iznākumu. Tas samazina ieguldījumu un ekspluatācijas izmaksas.

• Paātrināta pāresterificēšana: Ultraskaņas iedarbība ievērojami samazina biodīzeļdegvielas ražošanas reakcijas laiku, bieži saīsinot to no vairākām stundām līdz mazāk nekā piecām minūtēm.
• Uzlabota atdalīšana: Šī tehnoloģija uzlabo glicerīna atdalīšanu no biodīzeļdegvielas, samazinot nostādināšanas laiku no vairākām stundām līdz mazāk nekā 15 minūtēm.
• Lielāks iznākums: Apstrāde ar ultraskaņu var veicināt biodīzeļdegvielas iznākumu, kas pārsniedz 99%, nodrošinot rūpīgu reaģentu sajaukšanu.

Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas maisīšanas reaktoriem biodīzeļdegvielas ražošanai!

Bioetanols no cietes un cukura

Bioetanolu izmanto kā videi draudzīgu alternatīvu benzīnam. To ražo no kukurūzas, kviešiem, kartupeļiem, cukurniedrēm, rīsiem un citiem graudaugiem, izmantojot fermentāciju. Raugu izmanto, lai šajās kultūrās esošo cieti un cukurus fermentētu par etanolu. Šūnu struktūru sagraušana ar ultraskaņu un intracelulārā materiāla ekstrakcija samazina daļiņu izmēru un sašķidrināšanas laikā padara fermentiem pieejamu daudz lielāku virsmas laukumu. Tas uzlabo cietes un cukura biopieejamību un nodrošina ātrāku un pilnīgāku fermentāciju, tādējādi iegūstot vairāk etanola.
Bioetanola ražošana lielā mērā ir atkarīga no efektīvas lignocelulozes biomasas sadalīšanas, lai atbrīvotu fermentējamus cukurus. Ultraskaņa veicina šo procesu vairākos veidos:

• Uzlabota hidrolīze: Priekšapstrāde ar ultraskaņu atvieglo augu daļiņu dezintegrāciju un uzlabo glikozes izdalīšanos no kukurūzas suspensijas etanola ražotnēs, kurās izmanto sauso malšanu.
• Stimulēta fermentācija: Ir pierādīts, ka ultraskaņa stimulē etanola ražošanu tādu materiālu kā jauktu biroja makulatūras atkritumu vienlaicīgas pārcukurošanas un fermentācijas (SSF) laikā.
• Ekstrakcijas efektivitāte: Lieljaudas ultraskaņa ir efektīva tādu aktīvo komponentu kā ksilāna un heteroksilāna ekstrakcijā no kukurūzas vālīšu serdēm un apvalkiem, kā arī uzlabo eļļas ekstrakciju no sojas pupām, tādējādi atbalstot plašākas bioloģisko izejvielu ražošanas ķēdes.

Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par šūnu sagraušanu un ekstrakciju!

Biogāze no atkritumiem un dūņām

Sadzīves organiskie atkritumi, notekūdeņu dūņas, pakaišu kūtsmēsli un kūtsmēsli kalpo kā biogāzes avots. Šādu materiālu apstrāde aerobās vai anaerobās pārstrādes reaktoros pārvērš organisko materiālu biogāzē. Ar ultraskaņu veikta organiskā materiāla dezintegrācija pirms bioloģiskās pārstrādes maina materiāla struktūru, kā arī atbrīvo un aktivizē fermentus. Tas uzlabo organiskā materiāla bioloģisko pārstrādi, nodrošinot ātrāku apstrādi, vairāk gāzes un mazāk atlikušo dūņu. Tas savukārt palielina esošo bioloģiskās pārstrādes reaktoru jaudu un samazina utilizācijas izmaksas.

Anaerobajā pārstrādē priekšapstrādi ar ultraskaņu izmanto biomasas (piemēram, lieko aktīvo dūņu) dezintegrācijai, lai organiskās vielas padarītu baktērijām pieejamākas.

• Palielināts biogāzes iznākums: Apstrāde ar ultraskaņu ir izrādījusies efektīva kopējā saražotās biogāzes daudzuma palielināšanā. Pētījumos ziņots par biogāzes ražošanas pieaugumu no 26% līdz 36% salīdzinājumā ar neapstrādātām dūņām.
• Uzlabota cietvielu daudzuma samazināšana: Apstrāde ar ultraskaņu uzlabo gaistošo cietvielu (VS) noārdīšanu. Piemēram, VS noārdīšanās pakāpe var palielināties no 30% līdz 35% vai pat vairāk (līdz 39%) atkarībā no organiskās slodzes un pievadītās enerģijas.
• Integrācija notekūdeņu attīrīšanā: Bioloģiskās dūņas no pilsētu un rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanas iekārtām, kā arī no pašām biogāzes ražotnēm var efektīvi apstrādāt ultraskaņas reaktoros, lai optimizētu stabilizācijas un enerģijas atgūšanas procesu.

Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par dūņu dezintegrāciju ar ultraskaņu!

Dzīvnieku kūtsmēslu dezintegrācija ar ultraskaņu pirms anaerobās pārstrādes uzlabo biogāzes iznākumu.

Ultraskaņas enerģijas bilance

Iepriekš minētajiem procesiem nav nepieciešams daudz ultraskaņas enerģijas. Kopumā apstrādes ar ultraskaņu rezultātā iegūtais enerģijas pārpalikums kompensē ultraskaņas ģenerēšanai patērēto enerģiju. Hielscher ultraskaņas ierīču kopējais lietderības koeficients pārsniedz 85%. Tas nozīmē, ka vairāk nekā 85% elektroenerģijas tiek pārveidoti mehāniskajā enerģijā un tādējādi nodoti šķidrumam. Procesam faktiski nepieciešamo enerģijas daudzumu var noteikt nelielā mērogā, izmantojot 1kW galda ultraskaņas procesoru. Visus šādos galda mēroga izmēģinājumos iegūtos rezultātus var viegli pārnest uz lielāku mērogu. Hielscher piegādā rūpnieciskas ultraskaņas apstrādes iekārtas visā pasaulē. Izmantojot rūpnieciskos ultraskaņas homogenizatorus ar jaudu līdz 16kW katrai atsevišķai ultraskaņas apstrādes iekārtai, ražotnes lielumam vai apstrādes jaudai nav ierobežojumu.