Повышение эффективности производства биоэнергии с помощью мощного ультразвука

Применение высокоинтенсивного ультразвука (соникации) в сфере производства возобновляемой энергии представляет собой значительный прорыв в повышении эффективности технологических процессов. Благодаря использованию акустической кавитации ультразвуковая технология улучшает массообмен, разрушает клеточные структуры и ускоряет химические реакции на различных этапах производства биотоплива, включая биодизель, биоэтанол и биогаз.
Возобновляемые виды топлива пользуются растущим спросом по мере того, как цены на нефть достигают новых высот. Применение ультразвуковой технологии для производства экологически чистых видов топлива, таких как биодизель, биоэтанол и биогаз, повышает техническую и коммерческую эффективность.

Биодизельное топливо из отработанного растительного масла и животного жира

Биодизель — это возобновляемое топливо, которое можно использовать в дизельных двигателях в качестве альтернативы дизельному топливу, произведенному из нефти. Биодизель получают путем переэтерификации из таких исходных материалов, как растительные масла, животные жиры или смазочные жиры. Наиболее распространенными видами сырья являются соевое, рапсовое или водорослевое масло. Производство биодизеля включает каталитическую реакцию с алкоголем (метанолом или этанолом). Ультразвуковое перемешивание масла, жира или смазочного материала с алкоголем значительно повышает скорость реакции и выход продукта. Это позволяет снизить инвестиционные и эксплуатационные затраты.

• Ускоренная переэтерификация: Ультразвуковое облучение значительно сокращает время реакции при производстве биодизеля, зачастую сокращая его с нескольких часов до менее чем пяти минут.
• Улучшенное разделение: Данная технология позволяет улучшить отделение глицерина от биодизельного топлива, сокращая время отстаивания с нескольких часов до менее чем 15 минут.
• Более высокая урожайность: Ультразвуковая обработка может способствовать получению выхода биодизельного топлива свыше 99 % за счет обеспечения тщательного перемешивания реагентов.

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

Биоэтанол из крахмала и сахара

Биоэтанол используется в качестве экологичной альтернативы бензину. Его получают путем ферментации из кукурузы, пшеницы, картофеля, сахарного тростника, риса и других зерновых культур. Дрожжи используются для ферментации крахмала и сахаров, содержащихся в этих культурах, с образованием этанола. Ультразвуковое разрушение клеточных структур и извлечение внутриклеточного материала уменьшает размер частиц и обеспечивает гораздо большую площадь поверхности, доступную для ферментов во время сжижения. Это повышает биодоступность крахмала и сахара и приводит к более быстрому и полному брожению, что позволяет получить больше этанола.
Производство биоэтанола в значительной степени зависит от эффективного расщепления лигноцеллюлозной биомассы с целью выделения ферментируемых сахаров. Ультразвук способствует этому процессу несколькими способами:

• Усиленный гидролиз: Ультразвуковая предварительная обработка способствует распаду растительных частиц и улучшает высвобождение глюкозы из кукурузной суспензии на заводах по производству этанола с сухим помолом.
• Стимулированное брожение: Было показано, что ультразвук стимулирует выработку этанола в процессе одновременного осахаривания и ферментации (SSF) таких материалов, как смешанная отходная офисная бумага.
• Эффективность извлечения: Мощный ультразвук эффективно способствует извлечению активных компонентов, таких как ксилан и гетероксилан, из кукурузных початков и шелухи, а также повышению эффективности извлечения масла из соевых бобов, что способствует расширению производственных цепочек на основе биоресурсов.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше о Распад клеток и Извлечение!

Биогаз из отходов и осадка

Источником биогаза служат бытовые органические отходы, осадок сточных вод, навоз и навоз. Обработка такого материала в аэробных или анаэробных метантенках превращает органический материал в биогаз. Ультразвуковой Распад органического материала Перед перевариванием изменяет структуру материала, а также высвобождает и активирует ферменты. Это улучшает разложение органического материала, что приводит к более быстрой переработке, большему количеству газа и меньшему количеству остаточного осадка. Это, в свою очередь, увеличивает производительность существующих метантенков и снижает затраты на утилизацию.

При анаэробном сбраживании ультразвуковая предварительная обработка используется для разрушения биомассы (например, отходов активного ила), чтобы сделать органические вещества более доступными для бактерий.

• Увеличение выхода биогаза: Установлено, что ультразвуковая обработка эффективно способствует увеличению совокупного объема производства биогаза. Согласно результатам исследований, по сравнению с необработанным осадком объем производства биогаза увеличивается на 26–36 %.
• Повышенная эффективность удаления твердых частиц: Ультразвуковая обработка способствует более эффективному разрушению летучих твердых веществ (ЛТВ). Например, степень разрушения ЛТВ может увеличиться с 30 % до 35 % или даже выше (до 39 %) в зависимости от органической нагрузки и затрачиваемой энергии.
• Интеграция систем очистки сточных вод: Биоосадки, получаемые на станциях очистки городских и промышленных сточных вод, а также на самих биогазовых установках, можно эффективно перерабатывать с помощью ультразвуковых реакторов, что позволяет оптимизировать процесс стабилизации и рекуперации энергии.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше о Ультразвуковая дезинтеграция осадка!

Ультразвуковая дезинтеграция животного навоза перед анаэробным сбраживанием повышает выход биогаза.

Ультразвуковой энергетический баланс

Упомянутые выше процессы не требуют большого количества ультразвуковой энергии. Как правило, избыточная энергия, получаемая в результате ультразвуковой обработки, компенсирует энергию, затраченную на генерацию ультразвука. Ультразвуковые устройства Hielscher обладают общей эффективностью 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 1 кВт. Все результаты таких лабораторных испытаний можно легко масштабировать. Компания Hielscher поставляет промышленное оборудование для ультразвуковой обработки по всему миру. Благодаря промышленным ультразвуковым гомогенизаторам мощностью до 16 кВт на один соникатор нет ограничений по размеру установки или производственной мощности.