Bioenerģijas ražošanas efektivitātes paaugstināšana, izmantojot jaudīgu ultraskaņu

Augstas intensitātes ultraskaņas (sonikācijas) pielietošana atjaunojamās enerģijas ražošanā ir nozīmīgs solis procesu efektivitātes uzlabošanā. Izmantojot akustisko kavitāciju, ultraskaņas tehnoloģija uzlabo masas pārnesi, sadala šūnu struktūras un paātrina ķīmiskās reakcijas dažādos biodegvielas ražošanas procesos, tostarp biodīzeļdegvielas, bioetanola un biogāzes ražošanā.
Atjaunojamā degviela bauda pieaugošu pieprasījumu, jo naftas cenas iezīmē jaunus augstumus. Ultraskaņas tehnoloģijas pielietošana zaļo degvielu, piemēram, biodīzeļdegvielas, bioetanola un biogāzes, ražošanā uzlabo tehnisko un komerciālo efektivitāti.

Biodīzelis no izlietotās augu eļļas un dzīvnieku taukiem

Biodīzelis ir atjaunojamā degviela, ko var izmantot dīzeļdzinējos kā alternatīvu no naftas iegūtai dīzeļdegvielai. Biodīzelis tiek ražots, izmantojot transesterifikāciju, kā izejvielas izmantojot, piemēram, augu eļļas, dzīvnieku taukus vai smērvielas. Visbiežāk izmanto tādas izejvielas kā sojas, rapša vai aļģu eļļa. Biodīzeļdegvielas ražošanā notiek katalītiska reakcija ar spirtu (metanolu vai etanolu). Eļļas, tauku vai smērvielu ultraskaņas maisīšana ar spirtu ievērojami paātrina reakciju un palielina iznākumu. Tas samazina investīciju un ekspluatācijas izmaksas.

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

Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas sajaukšanas reaktoriem biodīzeļdegvielai!

Bioetanols no cietes un cukura

Bioetanols tiek izmantots kā videi draudzīga benzīna alternatīva. To ražo, fermentējot kukurūzu, kviešus, kartupeļus, cukurniedres, rīsus un citus graudus. Raugs tiek izmantots, lai šajos kultūraugos esošo cieti un cukurus fermentētu līdz etanolam. Šūnu struktūru ultraskaņas dezintegrācija un intracelulārā materiāla ekstrakcija samazina daļiņu izmēru un šķidrināšanas procesā nodrošina daudz lielāku virsmas laukumu enzīmu iedarbībai. Tas uzlabo cietes un cukura bioloģisko pieejamību un nodrošina ātrāku un pilnīgāku fermentāciju, kā rezultātā tiek iegūts lielāks etanola daudzums.
Bioetanola ražošana lielā mērā ir atkarīga no lignocelulozes biomasas efektīvas sadalīšanās, lai atbrīvotu fermentējamos cukurus. Ultraskaņa veicina šo procesu vairākos veidos:

• Uzlabota hidrolīze: Ultraskaņas priekšapstrāde veicina augu daļiņu sadalīšanos un uzlabo glikozes atbrīvošanos no kukurūzas šķidruma sausās malšanas etanola ražotnēs.
• Stimulēta fermentācija: Ir pierādīts, ka ultraskaņa stimulē etanola ražošanu tādu materiālu kā jaukto biroja papīra atkritumu vienlaicīgas saharifikācijas un fermentācijas (SSF) procesā.
• Ekstrakcijas efektivitāte: Augstas jaudas ultraskaņa ir efektīva, lai no kukurūzas vālītēm un apvalkiem iegūtu aktīvās sastāvdaļas, piemēram, ksilānu un heteroksilānu, kā arī lai uzlabotu eļļas ieguvi no sojas pupām, kas veicina plašāku bioloģiskas izcelsmes ražošanas ķēžu attīstību.

Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par šūnu sadalīšanās un Ekstrakcijas!

Biogāze no atkritumiem un dūņām

Sadzīves organiskie atkritumi, notekūdeņu dūņas, dubļi un kūtsmēsli kalpo kā biogāzes avots. Šāda materiāla pārstrāde aerobos vai anaerobos bioreaktoros organisko materiālu pārvērš biogāzē. Ultraskaņas organiskā materiāla sadalīšanās Pirms šķelšanas izmaina materiāla struktūru, kā arī atbrīvo un aktivizē fermentus. Tas uzlabo organiskā materiāla sagremošanu, kā rezultātā notiek ātrāka apstrāde, vairāk gāzes un mazāk atlikušo dūņu. Tas savukārt palielina esošo bioreaktoru jaudu un samazina apglabāšanas izmaksas.

Anaerobajā sadalīšanā ultraskaņas priekšapstrādi izmanto, lai sadalītu biomasu (piemēram, notekūdeņu aktīvos dūņus) un padarītu organiskās vielas vieglāk pieejamas baktērijām.

• Palielināts biogāzes ražošanas apjoms: Ir pierādīts, ka ultraskaņas apstrāde efektīvi palielina kopējo biogāzes ražošanas apjomu. Pētījumos ir ziņots, ka, salīdzinot ar neapstrādātiem dūņiem, biogāzes ražošanas apjoms ir palielinājies par 26–36 %.
• Uzlabota cieto vielu samazināšana: Ultraskaņas apstrāde veicina gaistošo cieto vielu (VS) sadalīšanos. Piemēram, VS sadalīšanās pakāpe var palielināties no 30 % līdz 35 % vai pat vairāk (līdz 39 %), atkarībā no organiskās slodzes un pievadītās enerģijas.
• Notekūdeņu integrācija: Bioloģiskos nogulsnes no pilsētu un rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanas iekārtām, kā arī no pašām biogāzes ražotnēm, var efektīvi pārstrādāt, izmantojot ultraskaņas reaktorus, lai optimizētu stabilizācijas un enerģijas reģenerācijas procesu.

Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par Ultraskaņas dūņu sadalīšanās!

Dzīvnieku mēslu dezintegrācija ar ultraskaņu pirms anaerobās fermentācijas uzlabo biogāzes ieguvi.

Ultraskaņas enerģijas bilance

Iepriekš minētajiem procesiem nav nepieciešama liela ultraskaņas enerģija. Kopumā ultraskaņas apstrādes rezultātā iegūtā liekā enerģija kompensē enerģiju, kas patērēta ultraskaņas ģenerēšanai. Hielscher ultraskaņas ierīču kopējais efektivitātes koeficients pārsniedz 85 %. Tas nozīmē, ka vairāk nekā 85 % no elektriskās enerģijas tiek pārvērsta mehāniskajā enerģijā un nodota šķidrumam. Procesam nepieciešamo faktisko enerģijas daudzumu var noteikt nelielā mērogā, izmantojot 1 kW jaudas galda ultraskaņas procesoru. Visus šādu galda mēroga eksperimentu rezultātus var viegli pārnest uz lielāku mērogu. Hielscher visā pasaulē piegādā rūpnieciskas ultraskaņas apstrādes iekārtas. Izmantojot rūpnieciskos ultraskaņas homogenizatorus ar jaudu līdz 16 kW vienam sonikatoram, nav ierobežojumu ne ražotnes lielumam, ne apstrādes jaudai.