Повышение эффективности производства биоэнергии с помощью мощного ультразвука

Применение высокоинтенсивного ультразвука (обработки ультразвуком) в производстве возобновляемой энергии представляет собой значительный шаг в повышении эффективности процессов. Благодаря акустической кавитации ультразвуковая технология усиливает массоперенос, разрушает клеточные структуры и ускоряет химические реакции в различных процессах производства биотоплива, включая биодизель, биоэтанол и биогаз.
Спрос на возобновляемые виды топлива растет по мере того, как цены на нефть достигают новых максимумов. Применение ультразвуковой технологии в производстве экологически чистых видов топлива, таких как биодизель, биоэтанол и биогаз, повышает техническую и коммерческую эффективность.

Биодизель из отработанного растительного масла и животного жира

Биодизель – это возобновляемое топливо, которое можно использовать в дизельных двигателях в качестве альтернативы дизельному топливу из нефти. Биодизель получают путем переэтерификации такого сырья, как растительные масла, животные жиры или другие жиры. Наиболее распространено такое сырье, как соевое, рапсовое масло или масло водорослей. Производство биодизеля включает каталитическую реакцию со спиртом (метанолом или этанолом). Ультразвуковое смешивание масла, животного жира или других жиров со спиртом значительно повышает скорость реакции и выход продукта. Это снижает инвестиционные и эксплуатационные затраты.

• Ускоренная переэтерификация: Ультразвуковое воздействие значительно сокращает время реакции при производстве биодизеля, часто сокращая его с нескольких часов до менее чем пяти минут.
• Улучшенное разделение: Технология улучшает отделение глицерина от биодизеля, сокращая время отстаивания с нескольких часов до менее чем 15 минут.
• Более высокий выход: Обработка ультразвуком может способствовать достижению выхода биодизеля более 99%, обеспечивая тщательное смешивание реагентов.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковых смесительных реакторах для биодизеля!

Биоэтанол из крахмала и сахара

Биоэтанол используется как экологически чистая альтернатива бензину. Его получают из кукурузы, пшеницы, картофеля, сахарного тростника, риса и других зерновых путем ферментации. Дрожжи используют для сбраживания крахмала и сахаров, содержащихся в этих культурах, в этанол. Ультразвуковое разрушение клеточных структур и извлечение внутриклеточного материала уменьшают размер частиц и обеспечивают ферментам доступ к значительно большей площади поверхности при разжижении. Это повышает биодоступность крахмала и сахара и обеспечивает более быстрое и полное брожение, увеличивая количество получаемого этанола.
Производство биоэтанола в значительной степени зависит от эффективного расщепления лигноцеллюлозной биомассы для высвобождения сбраживаемых сахаров. Ультразвук способствует этому процессу несколькими способами:

• Улучшенный гидролиз: Предварительная обработка ультразвуком способствует разрушению растительных частиц и улучшает высвобождение глюкозы из кукурузной суспензии на предприятиях по производству этанола с использованием сухого помола.
• Стимулирование ферментации: Показано, что ультразвук стимулирует производство этанола при одновременном осахаривании и ферментации (SSF) таких материалов, как смешанные отходы офисной бумаги.
• Эффективность экстракции: Мощный ультразвук эффективен для извлечения активных компонентов, таких как ксилан и гетероксилан, из кукурузных стержней и оболочек, а также для улучшения извлечения масла из соевых бобов, что поддерживает более широкие производственные цепочки на основе биологического сырья.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше о разрушении клеток и экстракции!

Биогаз из отходов и осадка сточных вод

Муниципальные органические отходы, осадок сточных вод, навозная жижа и навоз служат источником биогаза. Обработка таких материалов в аэробных или анаэробных реакторах сбраживания превращает органический материал в биогаз. Ультразвуковое разрушение органического материала перед сбраживанием изменяет структуру материала, а также высвобождает и активирует ферменты. Это улучшает сбраживание органического материала, ускоряя обработку, увеличивая количество газа и уменьшая количество остаточного осадка. Это, в свою очередь, повышает производительность существующих реакторов сбраживания и снижает затраты на утилизацию.

При анаэробном сбраживании предварительную обработку ультразвуком используют для разрушения биомассы (например, избыточного активного ила), чтобы сделать органическое вещество более доступным для бактерий.

• Увеличение выхода биогаза: Обработка ультразвуком доказала свою эффективность в увеличении суммарного производства биогаза. В исследованиях сообщалось об увеличении производства биогаза в диапазоне от 26% до 36% по сравнению с необработанным осадком.
• Более эффективное снижение содержания твердых веществ: Обработка ультразвуком усиливает разрушение летучих твердых веществ (VS). Например, степень разрушения VS может увеличиться с 30% до 35% или даже выше (до 39%) в зависимости от органической нагрузки и подводимой энергии.
• Интеграция с очисткой сточных вод: Биологические осадки с городских и промышленных очистных сооружений, а также с самих биогазовых установок можно эффективно обрабатывать с помощью ультразвуковых реакторов для оптимизации процесса стабилизации и извлечения энергии.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом разрушении осадка сточных вод!

Ультразвуковое разрушение навоза животных перед анаэробным сбраживанием повышает выход биогаза.

Энергетический баланс ультразвуковой обработки

Упомянутые выше процессы не требуют большого количества ультразвуковой энергии. В целом дополнительная энергия, получаемая в результате обработки ультразвуком, компенсирует энергию, затраченную на генерацию ультразвука. Ультразвуковые устройства Hielscher имеют общий КПД более 85%. Это означает, что более 85% электрической энергии преобразуется и передается жидкости в виде механической энергии. Фактическую потребность процесса в энергии можно определить в малом масштабе с помощью настольного ультразвукового процессора мощностью 1kW. Все результаты таких испытаний на настольном оборудовании можно легко масштабировать. Hielscher поставляет промышленное оборудование для ультразвуковой обработки по всему миру. Благодаря промышленным ультразвуковым гомогенизаторам мощностью до 16kW на один ультразвуковой аппарат размер предприятия и производительность обработки не ограничены.