Biodieselproductie uit olie gewonnen uit afgewerkt koffiedik

Naarmate de wereldwijde inspanningen om duurzame en hernieuwbare energiebronnen te vinden toenemen, heeft de productie van biodiesel uit afvalmateriaal veel aandacht gekregen. Van deze materialen biedt koffiedik een veelbelovende mogelijkheid. Sonicatie intensiveert zowel de extractie van oliën uit koffieafval als de omestering van deze oliën tot biodiesel.

Duurzame omzetting van biodiesel uit afval met behulp van Sonicatie

Duurzame biodieselproductie uit afvaloliën, zoals afgewerkte gemalen koffieolie, is een veelbelovend alternatief voor conventionele fossiele brandstoffen, dat zowel de energiebehoefte als het afvalbeheer aanpakt. Sonicatie is een beproefde, wetenschappelijk bewezen methode om de extractie van olie uit planten en het omzettingsproces van biodiesel te verbeteren. Sonicatie maakt snellere omesteringsreacties mogelijk door het creëren van gelokaliseerde zones met hoge energie door akoestische cavitatie, waardoor het contact tussen olie en alcohol wordt verbeterd en er minder hoge temperaturen en lange reactietijden nodig zijn.

Het gebruik van afvalolie zoals koffiedik als grondstof draagt verder bij aan duurzaamheid door organisch afval van stortplaatsen te halen en de afhankelijkheid van nieuwe plantaardige oliën te minimaliseren. Deze aanpak vermindert de milieueffecten en verhoogt de economische levensvatbaarheid van biodieselproductie. Bovendien kan de combinatie van sonicatie en gebruik van afvalolie leiden tot hogere opbrengsten en efficiëntere biodieselproductie, wat de wereldwijde overgang naar hernieuwbare energiebronnen ondersteunt.

Ultrasone olie-extractie uit gebruikte koffiemalen

De extractie van olie uit koffiedik is een cruciale stap in het productieproces van biodiesel. Afgewerkte koffiedrab bevat ongeveer 10-20% olie in gewicht, afhankelijk van het type koffieboon en de extractiemethode. Om deze olie efficiënt te extraheren, wordt meestal N-hexaan gebruikt als oplosmiddel, maar ook petroleumether, watervrije ethanol, watervrije ethanol of methanol kunnen worden gebruikt.

1. Drogen van de gebruikte koffiedrab: Voor de olie-extractie moet het gebruikte koffiedik grondig gedroogd worden om het vochtgehalte te verlagen, dat de efficiëntie van het oplosmiddel kan belemmeren.
2. Ultrasone solventextractie: Het gedroogde koffiedik wordt gemengd met N-hexaan in een reactor, waar de olie wordt opgelost in het oplosmiddel. Sonicatie van het sonde-type verhoogt de opbrengst van geëxtraheerde oliën aanzienlijk. Lees meer over ultrasone extractie van oliën.
3. Scheiding: Het mengsel wordt vervolgens gefilterd om het koffiedik te scheiden van de N-hexaan-olieoplossing.
4. Terugwinning van oplosmiddelen: Ten slotte wordt het oplosmiddel verdampt of gedestilleerd, waardoor de geëxtraheerde koffieolie overblijft, die klaar is voor de conversie van biodiesel.

Ultrasoon ondersteunde olie-extractie en biodiesel-transesterificatie

Gemalen koffie (SCG) is rijk aan waardevolle ingrediënten, waaronder 15-20% olie, die een profiel heeft dat vergelijkbaar is met plantaardige oliën. Olie uit SCG bevat verschillende vetzuren zoals linolzuur, oliezuur, linoleenzuur en verzadigde vetzuren. Biodiesel uit afvalkoffie kan ASTM-standaard biodiesel maken. Petroleumether, hexaan, watervrije ethanol, watervrije ethanol of methanol zijn geschikte oplosmiddelen.
Hoewel traditionele extractie met oplosmiddelen effectief is, verbetert ultrasone extractie de efficiëntie van het terugwinnen van olie uit koffiedik aanzienlijk. Sonificatie maakt gebruik van ultrasone golven met hoge intensiteit en lage frequentie om cavitatie te creëren - gelokaliseerde zones met hoge druk en temperatuur - die de diffusie van oplosmiddel in de gebruikte koffiedrab verbeteren, waardoor celwanden afbreken en er meer olie vrijkomt.

Bovendien speelt ultrasoon geassisteerde transesterificatie ook een cruciale rol bij het omzetten van de geëxtraheerde koffieolie in biodiesel. Het conventionele transesterificatieproces, waarbij oliën of vetten reageren met alcohol in de aanwezigheid van een katalysator, kan tijdrovend en minder efficiënt zijn als het gaat om massaproductie. Sonificatie versnelt dit proces door de interactie tussen de olie, alcohol en katalysator te verbeteren, wat leidt tot snellere reactietijden en hogere biodieselopbrengsten.

De vergelijkende studie van Lifka en Ondruschka (2004) toont de superieure energie-efficiëntie aan van ultrasoon mengen in tegenstelling tot mechanisch roeren. Dit maakt ultrasone mengers de beste mengmethode voor de productie van biodiesel.

Voordelen van Hielscher sonicatoren voor olie-extractie en biodieselproductie

• Verbeterde olie-extractie efficiëntie: Hielscher sonicators verbeteren de olieopbrengst aanzienlijk tijdens het extractieproces. Door de celstructuur van het gebruikte koffiedik te verstoren, zorgen deze ultrasone apparaten ervoor dat de olie vollediger vrijkomt in het oplosmiddel, waardoor er minder restolie achterblijft in de biomassa.
• Versnelde Transesterificatie: De ultrasone cavitatie die wordt gegenereerd door Hielscher sonicators versnelt de omesteringsreactie door het mengen van de reactanten te intensiveren. Dit verkort de reactietijd en verhoogt de biodieselopbrengst, waardoor het proces tijdsefficiënter en kosteneffectiever wordt.
• Verbeterde kwaliteit van biodiesel: De gelijkmatige cavitatie die door Hielscher ultrasone sondes wordt geproduceerd, zorgt voor een consistente en volledige omzetting van triglyceriden in biodiesel. Dit leidt tot een biodiesel van hogere kwaliteit met minder onzuiverheden en betere brandstofeigenschappen, waaronder een lager troebelingspunt en een hogere oxidatieve stabiliteit.
• Energie-efficiëntie: In tegenstelling tot traditionele mechanische methoden die langere verwerkingstijden en een hogere energie-input vereisen, werkt Hielscher's ultrasone technologie met lagere energieniveaus terwijl het superieure resultaten levert. Dit maakt de ultrasoon ondersteunde biodieselproductie duurzamer en milieuvriendelijker.
• Schaalbaarheid: Hielscher levert ultrasone apparatuur die schaalbaar is voor verschillende productiecapaciteiten, van kleine laboratoriumopstellingen tot biodieselproductiefabrieken op industriële schaal. Dankzij deze flexibiliteit kunnen producenten hun processen optimaliseren en een maximale productiviteit bereiken.

Biodieselproductie met verschillende guanidines (3% mol) als katalysator. (A) Mechanisch roerende batchreactor: (methanol:canolaolie) 4:1, temperatuur 65ºC; (B) Ultrasone batchreactor: UP200St, (methanol:canolaolie) 4:1, 60% US amplitude, temperatuur 35ºC. Ultrasoon gestuurd mengen presteert veel beter dan mechanisch roeren.
(Studie en grafieken: Shinde en Kaliaguine, 2019)

Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit Made in Germany

Hielscher ultrasone machines staan bekend om hun hoge kwaliteit en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening zorgen voor een soepele integratie van onze ultrasoonapparatuur in industriële faciliteiten. Ruwe omstandigheden en veeleisende omgevingen worden gemakkelijk door Hielscher ultrasoontoestellen aangepakt.

Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt speciale nadruk op hoogwaardige ultrasone apparaten met state-of-the-art technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard zijn de Hielscher ultrasoonapparaten CE-conform en voldoen ze aan de eisen van UL, CSA en RoHs.

Ontvang technische details en je offerte voor een Hielscher Biodiesel Reactor!

De productie van biodiesel uit olie uit koffiedik is een duurzame en innovatieve oplossing voor zowel afvalbeheer als de productie van hernieuwbare energie. De combinatie van N-hexaan olie-extractie, ultrasoon ondersteunde verwerking en een tweestaps zuur-base gekatalyseerd transesterificatieproces maximaliseert de olieterugwinning en verhoogt de biodieselopbrengst.

Hielscher sonicators spelen een cruciale rol bij het optimaliseren van zowel de oliewinning als de omestering van biodiesel. Hun superieure technologie zorgt voor een hogere efficiëntie, snellere verwerking en verbeterde kwaliteit, waardoor ze een uitstekende keuze zijn voor biodieselproducenten die streven naar duurzaamheid en kosteneffectiviteit in hun activiteiten.

In een tijdperk waarin de vraag naar hernieuwbare energie steeds groter wordt, draagt het gebruik van afvalmaterialen zoals koffiedik niet alleen bij aan milieubehoud, maar ondersteunt het ook de circulaire economie door afval om te zetten in waardevolle energiebronnen.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines: