Produkcja biodiesla z oleju wyekstrahowanego ze zużytych fusów kawy
Wraz z intensyfikacją globalnych wysiłków na rzecz znalezienia zrównoważonych i odnawialnych źródeł energii, produkcja biodiesla z materiałów odpadowych zyskała znaczną uwagę. Wśród tych materiałów fusy z kawy (SCG) stanowią obiecującą okazję. Sonikacja intensyfikuje zarówno ekstrakcję olejów z odpadów kawowych, jak i transestryfikację tych olejów do biodiesla.
Zrównoważona konwersja biodiesla z odpadów przy użyciu sonikacji
Zrównoważona produkcja biodiesla z olejów odpadowych, takich jak zużyte oleje z mielonej kawy, stanowi obiecującą alternatywę dla konwencjonalnych paliw kopalnych, zaspokajając zarówno zapotrzebowanie na energię, jak i gospodarkę odpadami. Sonikacja jest dobrze ugruntowaną, naukowo sprawdzoną metodą zwiększania ekstrakcji oleju z roślin, a także procesu konwersji biodiesla. Sonikacja ułatwia szybsze reakcje transestryfikacji, tworząc zlokalizowane strefy o wysokiej energii poprzez kawitację akustyczną, zwiększając kontakt między olejem a alkoholem i zmniejszając potrzebę wysokich temperatur i długich czasów reakcji.
Reaktor ultradźwiękowy UIP16000hdT produkuje około 32MMGY biodiesla.
Wykorzystanie olejów odpadowych, takich jak zużyte fusy z kawy, jako surowca dodatkowo przyczynia się do zrównoważonego rozwoju poprzez odprowadzanie odpadów organicznych ze składowisk odpadów i minimalizowanie zależności od pierwotnych olejów roślinnych. Takie podejście zmniejsza wpływ na środowisko i zwiększa ekonomiczną opłacalność produkcji biodiesla. Co więcej, połączenie sonikacji i utylizacji oleju odpadowego może prowadzić do wyższych plonów i bardziej wydajnej produkcji biodiesla, wspierając globalne przejście na odnawialne źródła energii.
Ultradźwiękowa ekstrakcja oleju z zużytych fusów kawy
Ekstrakcja oleju z fusów kawowych jest kluczowym etapem w procesie produkcji biodiesla. Zużyte fusy kawowe zawierają około 10-20% oleju wagowo, w zależności od rodzaju ziaren kawy i metody ekstrakcji. Aby skutecznie wyekstrahować ten olej, N-heksan jest powszechnie stosowany jako rozpuszczalnik, ale można również użyć eteru naftowego, bezwodnego etanolu, uwodnionego etanolu lub metanolu.
- Suszenie zużytych fusów kawy: Przed ekstrakcją oleju, zużyte fusy z kawy muszą zostać dokładnie wysuszone, aby zmniejszyć zawartość wilgoci, która może hamować skuteczność rozpuszczalnika.
- Ultradźwiękowa ekstrakcja rozpuszczalnikiem: Wysuszone fusy z kawy miesza się z N-heksanem w reaktorze, gdzie olej rozpuszcza się w rozpuszczalniku. Sonikacja znacznie zwiększa wydajność ekstrahowanych olejów. Przeczytaj więcej o ultradźwiękowej ekstrakcji olejków.
- Separacja: Mieszanina jest następnie filtrowana w celu oddzielenia zużytych fusów kawy od roztworu N-heksanu i oleju.
- Odzyskiwanie rozpuszczalnika: Na koniec rozpuszczalnik jest odparowywany lub destylowany, pozostawiając wyekstrahowany olej kawowy, który jest gotowy do konwersji na biodiesel.
Ultradźwiękowo wspomagana ekstrakcja oleju i transestryfikacja biodiesla
Zużyte fusy z kawy (SCG) są bogate w cenne składniki, w tym 15-20% oleju, który ma profil porównywalny do olejów roślinnych. Olej ekstrahowany z SCG zawiera różne kwasy tłuszczowe, takie jak linolowy, oleinowy, linolenowy i nasycone kwasy tłuszczowe. Biodiesel z odpadów kawowych może stanowić standardowy biodiesel ASTM. Odpowiednimi rozpuszczalnikami są eter naftowy, heksan, bezwodny etanol, uwodniony etanol lub metanol.
Podczas gdy tradycyjna ekstrakcja rozpuszczalnikiem jest skuteczna, ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami znacznie zwiększa wydajność odzyskiwania oleju z zużytych fusów kawy. Sonikacja wykorzystuje fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości do tworzenia kawitacji - zlokalizowanych stref wysokiego ciśnienia i temperatury - które poprawiają dyfuzję rozpuszczalnika do zużytych fusów kawy, rozbijając ściany komórkowe i umożliwiając większe uwalnianie oleju.
Co więcej, transestryfikacja wspomagana ultradźwiękami odgrywa również kluczową rolę w przekształcaniu ekstrahowanego oleju kawowego w biodiesel. Konwencjonalny proces transestryfikacji, który obejmuje reakcję olejów lub tłuszczów z alkoholem w obecności katalizatora, może być czasochłonny i mniej wydajny, jeśli chodzi o produkcję masową. Sonikacja przyspiesza ten proces, poprawiając interakcję między olejem, alkoholem i katalizatorem, co prowadzi do skrócenia czasu reakcji i zwiększenia wydajności biodiesla.
Reaktor ultradźwiękowy UIP1000hdT dla lepszej konwersji biodiesla z olejów ekstrahowanych z mielonej kawy. Sonikacja wspomaga ekstrakcję oleju kawowego i transestryfikację tych olejów do biodiesla.
Badanie porównawcze Lifka i Ondruschka (2004) wykazało wyższą efektywność energetyczną mieszania ultradźwiękowego w przeciwieństwie do mieszania mechanicznego. To sprawia, że sonikatory są preferowaną metodą mieszania do produkcji biodiesla.
Zalety sonikatorów typu Hielscher do ekstrakcji oleju i produkcji biodiesla
- Zwiększona wydajność wydobycia ropy naftowej: Sonikatory Hielscher znacznie poprawiają wydajność oleju podczas procesu ekstrakcji. Poprzez zakłócenie struktury komórkowej zużytych fusów kawy, te ultradźwiękowe urządzenia umożliwiają pełniejsze uwalnianie oleju do rozpuszczalnika, minimalizując resztki oleju pozostawione w biomasie.
- Przyspieszona transestryfikacja: Kawitacja ultradźwiękowa generowana przez sonikatory Hielschera przyspiesza reakcję transestryfikacji poprzez intensyfikację mieszania reagentów. Skraca to czas reakcji i zwiększa wydajność biodiesla, dzięki czemu proces jest bardziej efektywny czasowo i opłacalny.
- Lepsza jakość biodiesla: Jednolita kawitacja wytwarzana przez sondy ultradźwiękowe Hielscher zapewnia spójną i całkowitą konwersję trójglicerydów w biodiesel. Prowadzi to do wyższej jakości biodiesla z mniejszą ilością zanieczyszczeń i lepszymi właściwościami paliwa, w tym niższym punktem zmętnienia i wyższą stabilnością oksydacyjną.
- Efektywność energetyczna: W przeciwieństwie do tradycyjnych metod mechanicznych, które wymagają dłuższego czasu przetwarzania i wyższych nakładów energii, technologia ultradźwiękowa firmy Hielscher działa przy niższych poziomach energii, zapewniając jednocześnie doskonałe wyniki. Dzięki temu produkcja biodiesla wspomagana ultradźwiękami jest bardziej zrównoważona i przyjazna dla środowiska.
- Skalowalność: Hielscher dostarcza sprzęt ultradźwiękowy, który jest skalowalny dla różnych zdolności produkcyjnych, od małych konfiguracji laboratoryjnych do zakładów produkcji biodiesla na skalę przemysłową. Ta elastyczność pozwala producentom zoptymalizować swoje procesy i osiągnąć maksymalną wydajność.
Produkcja biodiesla przy użyciu różnych guanidyn (3% mol) jako katalizatora. (A) Reaktor wsadowy z mieszaniem mechanicznym: (metanol:olej rzepakowy) 4:1, temperatura 65ºC; (B) Reaktor wsadowy z ultradźwiękami: UP200St, (metanol:olej rzepakowy) 4:1, 60% amplituda US, temperatura 35ºC. Mieszanie ultradźwiękowe zdecydowanie przewyższa mieszanie mechaniczne.
(Badanie i wykresy: Shinde i Kaliaguine, 2019)
- wysoka wydajność
- najnowocześniejsza technologia
- niezawodność & solidność
- regulowana, precyzyjna kontrola procesu
- partia & inline
- dla dowolnego wolumenu
- inteligentne oprogramowanie
- inteligentne funkcje (np. programowalne, protokołowanie danych, zdalne sterowanie)
- Łatwa i bezpieczna obsługa
- niskie koszty utrzymania
- CIP (clean-in-place)
Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany
Ultradźwięki Hielscher są dobrze znane z najwyższej jakości i standardów projektowych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwiękowców z obiektami przemysłowymi. Trudne warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.
Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne ultradźwięki z najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.
Uzyskaj szczegółowe informacje techniczne i wycenę reaktora biodiesla Hielscher!
Produkcja biodiesla z oleju wyekstrahowanego ze zużytych fusów kawy stanowi zrównoważone i innowacyjne rozwiązanie zarówno w zakresie gospodarki odpadami, jak i produkcji energii odnawialnej. Połączenie ekstrakcji oleju N-heksanem, przetwarzania wspomaganego ultradźwiękami i dwuetapowego procesu transestryfikacji katalizowanego kwasem i zasadą maksymalizuje odzysk oleju i zwiększa wydajność biodiesla.
Sonikatory Hielscher odgrywają kluczową rolę w optymalizacji zarówno ekstrakcji oleju, jak i transestryfikacji biodiesla. Ich doskonała technologia zapewnia wyższą wydajność, szybsze przetwarzanie i lepszą jakość, co czyni je doskonałym wyborem dla producentów biodiesla dążących do zrównoważonego rozwoju i opłacalności w swoich działaniach.
W erze, w której zapotrzebowanie na energię odnawialną stale rośnie, wykorzystanie materiałów odpadowych, takich jak zużyte fusy z kawy, nie tylko przyczynia się do ochrony środowiska, ale także wspiera gospodarkę o obiegu zamkniętym, przekształcając odpady w cenne zasoby energetyczne.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:
| Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
|---|---|---|
| 0.5-1,5 mL | b.d. | VialTweeter |
| 1 do 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150 l | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
| b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Sonikacja jest stosowana do ekstrakcji olejów z zużytych fusów kawy.
często zadawane pytania
Czym jest olejek kawowy?
Olej kawowy to bogaty w lipidy ekstrakt pozyskiwany z ziaren kawy lub zużytych fusów kawowych, zawierający mieszaninę trójglicerydów, wolnych kwasów tłuszczowych i innych związków bioaktywnych. Składa się głównie z nienasyconych kwasów tłuszczowych, takich jak kwas linolowy i oleinowy, wraz z mniejszymi ilościami nasyconych kwasów tłuszczowych, takich jak kwas palmitynowy. Olej kawowy jest ceniony ze względu na swój potencjał w produkcji biodiesla, kosmetykach i przemyśle spożywczym ze względu na wysoką zawartość kwasów tłuszczowych i właściwości przeciwutleniające. Proces ekstrakcji zazwyczaj obejmuje mechaniczne tłoczenie lub ekstrakcję rozpuszczalnikiem, przy czym zużyte fusy z kawy są obfitym i zrównoważonym źródłem. Ekstrakcja ultradźwiękowa zapewnia doskonałą wydajność olejów kawowych.
Do czego służy olejek kawowy?
Olej kawowy jest wykorzystywany w różnych gałęziach przemysłu, w tym w kosmetyce, farmacji i produkcji biodiesla. W kosmetyce ceniony jest za swoje właściwości nawilżające i przeciwutleniające, dzięki czemu jest powszechnym składnikiem produktów do pielęgnacji skóry i włosów. W branży farmaceutycznej olej kawowy jest badany pod kątem właściwości przeciwzapalnych i przeciwdrobnoustrojowych. Ponadto, ze względu na wysoką zawartość lipidów, olej kawowy jest obiecującym surowcem do produkcji biodiesla, oferując zrównoważoną alternatywę dla konwencjonalnych paliw poprzez wykorzystanie materiałów odpadowych, takich jak zużyte fusy z kawy.
Czy olej kawowy jest zrównoważony?
Tak, olej kawowy może być uważany za zrównoważony, zwłaszcza gdy pochodzi z fusów kawowych, które są powszechnym produktem odpadowym przemysłu kawowego. Wykorzystanie zużytych fusów kawowych do ekstrakcji oleju promuje waloryzację odpadów poprzez przekształcenie obfitego, niedostatecznie wykorzystywanego produktu ubocznego w cenny zasób, zmniejszając wpływ na środowisko i zależność od pierwotnych olejów roślinnych. Proces ten przyczynia się do gospodarki o obiegu zamkniętym, minimalizując ilość odpadów i zapewniając alternatywny surowiec dla branż takich jak produkcja biodiesla i kosmetyków. Dodatkowo, wykorzystanie odpadowych fusów z kawy pomaga zmniejszyć ślad węglowy związany z tradycyjnymi metodami produkcji oleju, jeszcze bardziej zwiększając jego profil zrównoważonego rozwoju.
Czy ultradźwiękowa ekstrakcja olejku kawowego jest skalowalna?
Ultradźwiękowa ekstrakcja oleju kawowego jest skalowalna, szczególnie przy użyciu zaawansowanych ultradźwiękowych reaktorów przepływowych, takich jak te zaprojektowane przez Hielscher Ultrasonics. Reaktory te są zaprojektowane do ciągłego przetwarzania w skali przemysłowej, pokonując wiele wyzwań związanych ze skalowaniem sonikacji. Umożliwiając ciągły przepływ materiałów przez reaktor, zapewniają one równomierną kawitację i efektywny transfer energii, co poprawia wydajność oleju i wydajność ekstrakcji. Konstrukcja przepływowa pozwala na lepszą kontrolę parametrów przetwarzania, takich jak temperatura i pobór energii, dzięki czemu jest bardziej energooszczędna i opłacalna niż tradycyjna sonikacja wsadowa. Dzięki tym innowacjom technologicznym, ultradźwiękowa ekstrakcja oleju kawowego może być skalowana do poziomów przemysłowych przy jednoczesnym zachowaniu korzyści wynikających z szybszego czasu przetwarzania, wyższych plonów i zmniejszonego zużycia energii, co czyni ją realną i zrównoważoną opcją dla zastosowań na dużą skalę.
W jaki sposób produkcja biodiesla jest ulepszana przez sonikację?
Sonikacja poprawia produkcję biodiesla poprzez wzmocnienie procesu transestryfikacji za pomocą fal ultradźwiękowych o wysokiej częstotliwości. Fale te generują kawitację, która tworzy lokalne warunki wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia, skuteczniej rozbijając cząsteczki oleju i poprawiając mieszanie reagentów. Zwiększa to powierzchnię kontaktu między olejem a alkoholem, co skutkuje szybszym tempem reakcji, krótszym czasem reakcji i wyższą wydajnością biodiesla. Dodatkowo, sonikacja może zmniejszyć zapotrzebowanie na nadmiar katalizatorów i zmniejszyć zużycie energii, umożliwiając reakcje zachodzące w niższych temperaturach. Ogólnie rzecz biorąc, zwiększa wydajność, obniża koszty i wspiera bardziej zrównoważoną produkcję biodiesla.
Czy ultradźwiękowa produkcja biodiesla jest skalowalna?
Tak, sonikacja jest skalowalna, ale jej skalowalność wymaga pewnych warunków wstępnych. Podczas gdy sonikacja jest wysoce skuteczna w trybie wsadowym na poziomie laboratoryjnym i na małą skalę do produkcji biodiesla, w celu zwiększenia skali do poziomu przemysłowego zaleca się stosowanie ultradźwiękowych reaktorów liniowych. Ultradźwiękowe reaktory przepływowe Hielscher zapewniają równomierną kawitację, a mieszanie w dużych reaktorach może być trudne, co prowadzi do stałej wydajności biodiesla, poprawy wydajności reakcji i skrócenia czasu przetwarzania. Zaawansowana konstrukcja reaktora ultradźwiękowego i efektywność energetyczna mają kluczowe znaczenie dla uczynienia sonikacji bardziej wykonalną i opłacalną w skali przemysłowej.
Literatura / Referencje
- Caballero Galván, Ashley; Restrepo, Daissy;Ortiz-Sánchez, Mariana; Cardona, Carlos Ariel (2018): Analysis of Extraction Kinetics of Bioactive Compounds from Spent Coffee Grounds (Coffea arábica). Waste and Biomass Valorization 9, 2018.
- Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
- Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
- Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
- Wu, P., Yang, Y., Colucci, J.A. and Grulke, E.A. (2007): Effect of Ultrasonication on Droplet Size in Biodiesel Mixtures. J Am Oil Chem Soc, 84: 877-884.
- Kumar D., Kumar G., Poonam, Singh C. P. (2010): Ultrasonic-assisted transesterification of Jatropha curcus oil using solid catalyst, Na/SiO2. Ultrasonics Sonochemistry 2010 Jun; 17(5): 839-44.
- Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.
- Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).
- Nieves-Soto, M., Oscar M. Hernández-Calderón, C. A. Guerrero-Fajardo, M. A. Sánchez-Castillo, T. Viveros-García and I. Contreras-Andrade (2012): Biodiesel Current Technology: Ultrasonic Process a Realistic Industrial Application. InTechOpen 2012.
Naeem, Marwa; Al-Sakkari, Eslam; Boffito, D; Rene, Eldon; Gadalla, Mamdouh; Ashour, Fatma (2023): Single-stage waste oil conversion into biodiesel via sonication over bio-based bifunctional catalyst: Optimization, preliminary techno-economic and environmental analysis. Fuel, 2023.
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.