Verbetering van de efficiëntie van bio-energieproductie met krachtige ultrasone golven

De toepassing van hoogintensieve ultrasone golven (sonicatie) bij de productie van hernieuwbare energie betekent een aanzienlijke verbetering van de procesefficiëntie. Door gebruik te maken van akoestische cavitatie bevordert ultrasone technologie de massaoverdracht, breekt het celstructuren af en versnelt het chemische reacties in diverse productieprocessen 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 op basis van aardolie. Biodiesel wordt vervaardigd door middel van transesterificatie uit grondstoffen zoals plantaardige oliën, dierlijke vetten of smeervetten. De meest voorkomende grondstoffen zijn soja-, koolzaad- of algenolie. Bij de productie van biodiesel vindt een katalytische reactie plaats met alcohol (methanol of ethanol). Door de olie, het vet of het smeermiddel ultrasoon te mengen met de alcohol worden de reactiesnelheid en de opbrengst aanzienlijk verbeterd. Dit leidt tot lagere investerings- en exploitatiekosten.

• Versnelde Transesterificatie: Ultrasone bestraling verkort de reactietijd bij de productie van biodiesel aanzienlijk, waardoor deze vaak wordt teruggebracht van uren tot minder dan vijf minuten.
• Verbeterde scheiding: Deze technologie zorgt ervoor dat glycerine beter van biodiesel wordt gescheiden, waardoor de bezinktijd wordt teruggebracht van enkele uren tot minder dan 15 minuten.
• Hogere opbrengsten: Ultrasone behandeling kan een biodieselopbrengst van meer dan 99% mogelijk maken door te zorgen voor een grondige vermenging van de reactanten.

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

Bio-ethanol uit zetmeel en suiker

Bio-ethanol wordt gebruikt als milieuvriendelijk alternatief voor benzine. Het wordt door middel van fermentatie vervaardigd uit maïs, tarwe, aardappelen, suikerriet, rijst en andere granen. Gist wordt gebruikt om het zetmeel en de suikers in deze gewassen te vergisten tot ethanol. Door ultrasone desintegratie van celstructuren en extractie van intracellulair materiaal wordt de deeltjesgrootte verkleind en komt er tijdens de vergisting een veel groter oppervlak bloot te liggen voor enzymen. Dit verbetert de biologische beschikbaarheid van zetmeel en suiker en leidt tot een snellere en vollediger vergisting, waardoor meer ethanol wordt geproduceerd.
De productie van bio-ethanol is in hoge mate afhankelijk van de efficiënte afbraak van lignocellulosehoudende biomassa om fermenteerbare suikers vrij te maken. Ultrasoon geluid ondersteunt dit proces op verschillende manieren:

• Verbeterde hydrolyse: Voorbehandeling met ultrasone golven bevordert de afbraak van plantaardige deeltjes en verbetert de afgifte van glucose uit maïsslurry in ethanolinstallaties met droogmaalproces.
• Gestimuleerde gisting: Er is aangetoond dat ultrasone trillingen de ethanolproductie stimuleren tijdens de gelijktijdige versuikering en vergisting (SSF) van materialen zoals gemengd kantoorafvalpapier.
• Extractie-efficiëntie: Krachtige ultrasone golven zijn effectief bij het extraheren van actieve bestanddelen zoals xylan en heteroxylan uit maïskolven en -schillen, en bij het verbeteren van de olie-extractie uit sojabonen, wat bijdraagt aan bredere bio-gebaseerde productieketens.

Klik hier om meer te lezen over celdesintegratie en Extractie!

Biogas uit afval en slib

Gemeentelijk organisch afval, rioolslib, stalmest en mest dienen als bron voor biogas. De verwerking van dergelijk materiaal in aerobe of anaerobe vergisters zet het organisch materiaal om in biogas. Ultrasoon desintegratie van organisch materiaal Voorafgaand aan de vergisting verandert de structuur van het materiaal en komen enzymen vrij en worden ze geactiveerd. Dit verbetert de vergisting van het organische materiaal, wat leidt tot snellere verwerking, meer gas en minder restslib. Dit vergroot op zijn beurt de capaciteit van bestaande vergisters en verlaagt de afvoerkosten.

Bij anaërobe vergisting wordt ultrasone voorbehandeling toegepast om biomassa (zoals afval-actiefslib) af te breken, zodat organisch materiaal beter toegankelijk wordt voor bacteriën.

• Hogere biogasopbrengst: Ultrasone behandeling is een doeltreffende methode gebleken om de cumulatieve biogasproductie te verhogen. Uit onderzoek blijkt dat de biogasproductie hierdoor met 26% tot 36% toeneemt in vergelijking met onbehandeld slib.
• Verbeterde afvoer van vaste stoffen: Ultrasone behandeling bevordert de afbraak van vluchtige vaste stoffen (VS). Zo kan de afbraak van VS bijvoorbeeld stijgen van 30% naar 35% of zelfs hoger (tot 39%), afhankelijk van de organische belasting en de toegevoerde energie.
• Integratie van afvalwater: Biosoliden afkomstig van zuiveringsinstallaties voor stedelijk en industrieel afvalwater, evenals die afkomstig van biogasinstallaties zelf, kunnen effectief worden verwerkt met behulp van 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 biogasopbrengst.

Ultrasone energiebalans

De hierboven genoemde processen vereisen niet veel ultrasone energie. Over het algemeen compenseert de overtollige energie die bij ultrasone behandeling vrijkomt, de energie die nodig is om de ultrasone golven op te wekken. De ultrasone apparaten van Hielscher hebben een totaal rendement van meer dan 85%. Dit betekent dat meer dan 85% van de elektrische energie wordt omgezet in mechanische energie en aan de vloeistof wordt afgegeven. De werkelijke energiebehoefte van een proces kan op kleine schaal worden bepaald met behulp van een ultrasone processor van 1 kW op laboratoriumschaal. Alle resultaten van dergelijke laboratoriumproeven kunnen eenvoudig worden opgeschaald. Hielscher levert wereldwijd industriële ultrasone verwerkingsapparatuur. Met industriële ultrasone homogenisatoren met een vermogen tot 16 kW per afzonderlijke sonicator zijn er geen beperkingen wat betreft installatiegrootte of verwerkingscapaciteit.