De efficiëntie van de bio-energieproductie verhogen met krachtige ultrasone golven

De toepassing van ultrasone golven met hoge intensiteit (sonicatie) bij de productie van hernieuwbare energie betekent een aanzienlijke verbetering van de procesefficiëntie. Door gebruik te maken van akoestische cavitatie verbetert ultrasone technologie de massaoverdracht, ontwricht ze celstructuren en versnelt ze chemische reacties binnen verschillende productieroutes voor biobrandstoffen, waaronder biodiesel, bio-ethanol en biogas.
De vraag naar hernieuwbare brandstoffen neemt toe nu de olieprijzen nieuwe hoogten bereiken. De toepassing van ultrasone technologie bij de productie van groene brandstoffen, zoals biodiesel, bio-ethanol en biogas, verbetert de technische en commerciële efficiëntie.

Biodiesel uit afgewerkte plantaardige olie en dierlijk vet

Biodiesel is een hernieuwbare brandstof die in dieselmotoren kan worden gebruikt als alternatief voor dieselbrandstof uit aardolie. Biodiesel wordt door omestering geproduceerd uit bronnen zoals plantaardige oliën, dierlijke vetten of vet. De meest voorkomende grondstoffen zijn oliën zoals sojaolie, koolzaadolie of algenolie. De productie van biodiesel omvat de katalytische reactie met alcohol (methanol of ethanol). Het ultrasoon mengen van de olie of het vet met de alcohol verbetert de reactiesnelheid en opbrengst aanzienlijk. Dit verlaagt de investerings- en bedrijfskosten.

• Versnelde omestering: Ultrasone bestraling verkort de reactietijd voor de productie van biodiesel aanzienlijk, vaak van uren tot minder dan vijf minuten.
• Verbeterde scheiding: De technologie verbetert de scheiding van glycerine en biodiesel, waardoor de bezinktijd afneemt van enkele uren tot minder dan 15 minuten.
• Hogere opbrengsten: Ultrasone behandeling kan biodieselopbrengsten van meer dan 99% mogelijk maken door een grondige menging van de reactanten te waarborgen.

Klik hier om meer te lezen over ultrasone mengreactoren voor biodiesel!

Bio-ethanol uit zetmeel en suiker

Bio-ethanol wordt gebruikt als groen alternatief voor benzine. Het wordt door fermentatie geproduceerd uit maïs, tarwe, aardappelen, suikerriet, rijst en andere granen. Gist wordt gebruikt om het zetmeel en de suikers in deze gewassen te fermenteren tot ethanol. Ultrasone desintegratie van celstructuren en extractie van intracellulair materiaal verkleinen de deeltjes en maken tijdens het vloeibaar maken een veel groter oppervlak toegankelijk voor enzymen. Dit verbetert de biologische beschikbaarheid van zetmeel en suiker en resulteert in een snellere en volledigere fermentatie, waardoor meer ethanol wordt geproduceerd.
De productie van bio-ethanol is sterk afhankelijk van de efficiënte afbraak van lignocellulosehoudende biomassa om fermenteerbare suikers vrij te maken. Ultrasone golven ondersteunen dit proces op verschillende manieren:

• Verbeterde hydrolyse: Ultrasone voorbehandeling vergemakkelijkt de desintegratie van plantendeeltjes en verbetert de afgifte van glucose uit maïsslurry in ethanolfabrieken die met droge vermaling werken.
• Gestimuleerde fermentatie: Er is aangetoond dat ultrasone golven de ethanolproductie stimuleren tijdens de gelijktijdige versuikering en fermentatie (SSF) van materialen zoals gemengd afgedankt kantoorpapier.
• Extractie-efficiëntie: Krachtige ultrasone golven zijn effectief bij de extractie van actieve componenten zoals xylaan en heteroxylaan uit maïskolven en maïsvliezen, en bij het verbeteren van de olie-extractie uit sojabonen, wat bredere biogebaseerde productieketens ondersteunt.

Klik hier om meer te lezen over celontsluiting en extractie!

Biogas uit afval en slib

Gemeentelijk organisch afval, rioolslib, stalmest en dierlijke mest dienen als bron van biogas. De verwerking van dergelijk materiaal in aerobe of anaerobe vergisters zet het organische materiaal om in biogas. Ultrasone desintegratie van het organische materiaal voorafgaand aan de vergisting verandert de materiaalstructuur en maakt enzymen vrij en activeert deze. Dit verbetert de vergisting van het organische materiaal, wat leidt tot een snellere verwerking, meer gas en minder restslib. Dit verhoogt op zijn beurt de capaciteit van bestaande vergisters en verlaagt de afvoerkosten.

Bij anaerobe vergisting wordt ultrasone voorbehandeling gebruikt om biomassa (zoals overtollig actief slib) te desintegreren, zodat organisch materiaal beter toegankelijk wordt voor bacteriën.

• Verhoogde biogasopbrengst: Sonicatie is effectief gebleken bij het verhogen van de cumulatieve biogasproductie. Studies hebben verbeteringen in de biogasproductie gerapporteerd die variëren van 26% tot 36% ten opzichte van onbehandeld slib.
• Verbeterde reductie van vaste stoffen: Ultrasone behandeling verbetert de afbraak van vluchtige vaste stoffen (VS). Zo kan de afbraak van VS toenemen van 30% tot 35% of zelfs hoger (tot 39%), afhankelijk van de organische belasting en de energietoevoer.
• Integratie met afvalwaterbehandeling: Biosolids uit stedelijke en industriële afvalwaterzuiveringsinstallaties, evenals die uit biogasinstallaties zelf, kunnen effectief worden verwerkt met ultrasone reactoren om het stabilisatie- en energieterugwinningsproces te optimaliseren.

Klik hier om meer te lezen over ultrasone slibdesintegratie!

Ultrasone desintegratie van dierlijke mest vóór anaerobe vergisting verbetert de biogasopbrengsten.

Ultrasone energiebalans

De hierboven genoemde processen vereisen weinig ultrasone energie. Over het algemeen compenseert de extra energie die door sonicatie wordt verkregen de energie die wordt gebruikt om de ultrasone golven op te wekken. Ultrasone apparaten van Hielscher hebben een totaalrendement van meer dan 85%. Dit betekent dat meer dan 85% van de elektrische energie wordt omgezet en in de vorm van mechanische energie aan de vloeistof wordt overgedragen. De werkelijke energiebehoefte van een proces kan op kleine schaal worden bepaald met een ultrasone processor van 1kW op tafelmodelschaal. Alle resultaten van dergelijke proeven met tafelmodellen kunnen eenvoudig worden opgeschaald. Hielscher levert wereldwijd industriële ultrasone procesapparatuur. Met industriële ultrasone homogenisatoren met een vermogen tot 16kW per afzonderlijke sonicator is er geen beperking aan de installatiegrootte of verwerkingscapaciteit.