Výroba bionafty z oleja extrahovaného z použitej kávovej usadeniny

S rastúcim celosvetovým úsilím o hľadanie udržateľných a obnoviteľných zdrojov energie sa výrobe bionafty z odpadových materiálov venuje značná pozornosť. Spomedzi týchto materiálov predstavuje použitá kávová usadenina (SCG) sľubnú príležitosť. Sonikácia zintenzívňuje extrakciu olejov z kávového odpadu aj transesterifikáciu týchto olejov na bionaftu.

Udržateľná premena odpadu na bionaftu pomocou sonikácie

Udržateľná výroba bionafty z odpadových olejov, ako sú oleje z použitej kávovej usadeniny, predstavuje sľubnú alternatívu ku konvenčným fosílnym palivám a zároveň rieši potreby v oblasti energie aj nakladania s odpadom. Sonikácia je osvedčená, vedecky overená metóda na zlepšenie extrakcie oleja z rastlín aj procesu premeny na bionaftu. Sonikácia urýchľuje transesterifikačné reakcie tým, že prostredníctvom akustickej kavitácie vytvára lokálne zóny s vysokou energiou, zlepšuje kontakt medzi olejom a alkoholom a znižuje potrebu vysokých teplôt a dlhých reakčných časov.

Bionafta z olejov získaných z použitej kávovej usadeniny sa účinne vyrába pomocou sonikátorov Hielscher. Sonikácia podporuje extrakciu oleja a následnú transesterifikáciu na bionaftu.

Ultrazvukový reaktor UIP16000hdT produkuje približne 32MMGY bionafty.

Využívanie odpadových olejov, ako je použitá kávová usadenina, ako vstupnej suroviny ďalej prispieva k udržateľnosti tým, že odvádza organický odpad zo skládok a minimalizuje závislosť od panenských rastlinných olejov. Tento prístup znižuje vplyvy na životné prostredie a zlepšuje ekonomickú životaschopnosť výroby bionafty. Kombinácia sonikácie a využívania odpadových olejov môže navyše viesť k vyšším výťažkom a efektívnejšej výrobe bionafty, čím podporuje celosvetový prechod na obnoviteľné zdroje energie.

Ultrazvuková extrakcia oleja z použitej kávovej usadeniny

Extrakcia oleja z použitej kávovej usadeniny je kľúčovým krokom v procese výroby bionafty. Použitá kávová usadenina obsahuje približne 10–20% oleja z celkovej hmotnosti v závislosti od druhu kávových zŕn a metódy extrakcie. Na účinnú extrakciu tohto oleja sa ako rozpúšťadlo bežne používa N-hexán, ale možno použiť aj petroléter, bezvodý etanol, etanol s obsahom vody alebo metanol.

Sušenie použitej kávovej usadeniny: Pred extrakciou oleja sa musí použitá kávová usadenina dôkladne vysušiť, aby sa znížil obsah vlhkosti, ktorá môže znižovať účinnosť rozpúšťadla.
Ultrazvuková extrakcia rozpúšťadlom: Vysušená použitá kávová usadenina sa v reaktore zmieša s N-hexánom, v ktorom sa olej rozpúšťa. Sonikácia pomocou sondy výrazne zvyšuje výťažok extrahovaných olejov. Prečítajte si viac o ultrazvukovej extrakcii olejov.
Separácia: Zmes sa potom filtruje, aby sa použitá kávová usadenina oddelila od roztoku oleja v N-hexáne.
Spätné získavanie rozpúšťadla: Nakoniec sa rozpúšťadlo odparí alebo oddestiluje a zostane extrahovaný kávový olej, ktorý je pripravený na premenu na bionaftu.

V tomto videonávode vám predstavíme vedecké princípy, vďaka ktorým ultrazvukové reaktory na výrobu bionafty výrazne zlepšujú jej výrobu. Ultrazvukové reaktory Hielscher na výrobu bionafty sú osvedčeným a účinným nástrojom na zlepšenie výrobného procesu. V tomto návode podrobne vysvetlíme princíp ich fungovania a ukážeme rôzne ultrazvukové zostavy pre akýkoľvek rozsah výroby. Zvýšte efektívnosť a hospodárnosť výroby bionafty a dosiahnite vyššiu výťažnosť vysokokvalitnej bionafty pri rýchlej konverzii. Ultrazvukové reaktory na výrobu bionafty zároveň umožňujú používať menej kvalitné oleje, napríklad odpadové rastlinné oleje alebo použité kuchynské tuky, a pomáhajú šetriť metanol aj katalyzátor, čím prispievajú k ekologickej a udržateľnej výrobe bionafty.

Ultrazvukom asistovaná extrakcia oleja a transesterifikácia na bionaftu

Použitá kávová usadenina (SCG) je bohatá na cenné zložky vrátane 15–20% oleja, ktorého zloženie je porovnateľné s rastlinnými olejmi. Olej extrahovaný zo SCG obsahuje rôzne mastné kyseliny, napríklad kyselinu linolovú, olejovú, linolénovú a nasýtené mastné kyseliny. Z odpadovej kávy možno vyrobiť bionaftu podľa normy ASTM. Vhodnými rozpúšťadlami sú petroléter, hexán, bezvodý etanol, vodný etanol alebo metanol.
Hoci je tradičná extrakcia rozpúšťadlom účinná, extrakcia za pomoci ultrazvuku výrazne zvyšuje účinnosť získavania oleja z použitej kávovej usadeniny. Sonikácia využíva ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou a nízkou frekvenciou na vytváranie kavitácie – lokalizovaných zón vysokého tlaku a teploty – ktoré zlepšujú difúziu rozpúšťadla do použitej kávovej usadeniny, narúšajú bunkové steny a umožňujú uvoľnenie väčšieho množstva oleja.

Aj transesterifikácia za pomoci ultrazvuku navyše zohráva kľúčovú úlohu pri premene extrahovaného kávového oleja na bionaftu. Konvenčný proces transesterifikácie, pri ktorom oleje alebo tuky reagujú s alkoholom v prítomnosti katalyzátora, môže byť pri veľkoobjemovej výrobe časovo náročný a menej efektívny. Sonikácia urýchľuje tento proces zlepšením vzájomného pôsobenia oleja, alkoholu a katalyzátora, čím skracuje reakčné časy a zvyšuje výťažky bionafty.
Zistite viac o ultrazvukovej výrobe bionafty z lacných surovín, ako sú odpadové kuchynské oleje, použité tuky na vyprážanie a nejedlé oleje!

Ultrazvukový reaktor UIP1000hdT na zlepšenie premeny olejov extrahovaných z použitej kávovej usadeniny na bionaftu. Sonikácia podporuje extrakciu kávového oleja a transesterifikáciu týchto olejov na bionaftu.

Porovnávacia štúdia autorov Lifka a Ondruschka (2004) preukazuje vyššiu energetickú účinnosť ultrazvukového miešania v porovnaní s mechanickým miešaním. Vďaka tomu sú sonikátory preferovanou metódou miešania pri výrobe bionafty.

Porovnávacia štúdia Lifku a Ondruschku (2004) preukazuje vyššiu energetickú účinnosť ultrazvukového miešania v porovnaní s mechanickým miešaním. Vďaka tomu sú sonikátory preferovanou metódou miešania pri výrobe bionafty.

Výhody sondových sonikátorov Hielscher pri extrakcii oleja a výrobe bionafty

Vyššia účinnosť extrakcie oleja: Sonikátory Hielscher výrazne zvyšujú výťažok oleja počas extrakcie. Narušením bunkovej štruktúry použitej kávovej usadeniny umožňujú tieto ultrazvukové zariadenia úplnejšie uvoľnenie oleja do rozpúšťadla, čím minimalizujú množstvo zvyškového oleja v biomase.
Urýchlená transesterifikácia: Ultrazvuková kavitácia vytváraná sonikátormi Hielscher urýchľuje transesterifikačnú reakciu intenzifikáciou miešania reaktantov. Tým sa skracuje reakčný čas a zvyšujú sa výťažky bionafty, vďaka čomu je proces časovo efektívnejší a nákladovo výhodnejší.
Vyššia kvalita bionafty: Rovnomerná kavitácia vytváraná ultrazvukovými sondami Hielscher zabezpečuje konzistentnú a úplnú premenu triglyceridov na bionaftu. Výsledkom je kvalitnejšia bionafta s menším množstvom nečistôt a lepšími palivovými vlastnosťami vrátane nižšieho bodu zákalu a vyššej oxidačnej stability.
Energetická účinnosť: Na rozdiel od tradičných mechanických metód, ktoré vyžadujú dlhšie časy spracovania a vyššie energetické vstupy, ultrazvuková technológia Hielscher pracuje pri nižších úrovniach energie a zároveň dosahuje lepšie výsledky. Vďaka tomu je výroba bionafty za pomoci ultrazvuku udržateľnejšia a šetrnejšia k životnému prostrediu.
Škálovateľnosť: Hielscher poskytuje ultrazvukové zariadenia škálovateľné pre rôzne výrobné kapacity, od malých laboratórnych zostáv až po priemyselné závody na výrobu bionafty. Táto flexibilita umožňuje výrobcom optimalizovať procesy a dosiahnuť maximálnu produktivitu.

Ultrazvukové miešanie prekonáva mechanické miešanie z hľadiska výťažku bionafty, času a celkovej účinnosti. V štúdii bol použitý ultrazvukový prístroj Hielscher UP200St.

Výroba bionafty s použitím rôznych guanidínov (3% mol) ako katalyzátora. (A) Vsádzkový reaktor s mechanickým miešaním: (metanol:repkový olej) 4:1, teplota 65ºC; (B) Ultrazvukový vsádzkový reaktor: UP200St, (metanol:repkový olej) 4:1, 60% amplitúda ultrazvuku, teplota 35ºC. Miešanie pomocou ultrazvuku výrazne prekonáva mechanické miešanie.
(Štúdia a grafy: Shinde a Kaliaguine, 2019)

Prečo Hielscher Ultrasonics?

vysoká účinnosť
najmodernejšia technológia
spoľahlivosť a robustnosť
nastaviteľné, presné riadenie procesu
dávkové aj prietokové spracovanie
pre akýkoľvek objem
inteligentný softvér
inteligentné funkcie (napr. programovateľnosť, zaznamenávanie údajov, diaľkové ovládanie)
jednoduchá a bezpečná obsluha
nízke nároky na údržbu
CIP (čistenie na mieste)

Návrh, výroba a poradenstvo – kvalita vyrobená v Nemecku

Ultrazvukové zariadenia Hielscher sú známe najvyššími štandardmi kvality a konštrukčného vyhotovenia. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových zariadení do priemyselných prevádzok. Ultrazvukové zariadenia Hielscher ľahko zvládajú drsné podmienky a náročné prostredia.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť certifikovaná podľa ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia s najmodernejšou technológiou a jednoduchým používaním. Ultrazvukové zariadenia Hielscher sú samozrejme v zhode s požiadavkami CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.

Získajte technické podrobnosti a cenovú ponuku na reaktor Hielscher na výrobu bionafty!

Výroba bionafty z oleja extrahovaného z použitej kávovej usadeniny predstavuje udržateľné a inovatívne riešenie nakladania s odpadom aj výroby energie z obnoviteľných zdrojov. Kombinácia extrakcie oleja N-hexánom, ultrazvukom podporovaného spracovania a dvojstupňovej transesterifikácie katalyzovanej kyselinou a zásadou maximalizuje získavanie oleja a zvyšuje výťažky bionafty.

Sondové sonikátory Hielscher zohrávajú kľúčovú úlohu pri optimalizácii extrakcie oleja aj transesterifikácie pri výrobe bionafty. Ich špičková technológia zabezpečuje vyššiu účinnosť, rýchlejšie spracovanie a lepšiu kvalitu, vďaka čomu sú vynikajúcou voľbou pre výrobcov bionafty, ktorí sa vo svojich prevádzkach usilujú o udržateľnosť a nákladovú efektívnosť.

V čase neustále rastúceho dopytu po energii z obnoviteľných zdrojov využívanie odpadových materiálov, ako je použitá kávová usadenina, nielen prispieva k ochrane životného prostredia, ale aj podporuje obehové hospodárstvo premenou odpadu na cenné energetické zdroje.
Nasledujúca tabuľka poskytuje orientačné údaje o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových zariadení:

Objem dávky	Prietok	Odporúčané zariadenia
0,5 až 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 až 500mL	10 až 200mL/min	UP100H
10 až 2000mL	20 až 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 až 20L	0,2 až 4L/min	UIP2000hdT
10 až 100L	2 až 10L/min	UIP4000hdT
15 až 150L	3 až 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 až 100L/min	UIP16000
n.a.	vyšší	zostava zariadení UIP16000

Ultrazvuková extrakcia je mimoriadne účinná metóda prípravy kávy lúhovanej za studena z mletej kávy. Sonikácia uvoľňuje chuťové látky a kofeín v priebehu niekoľkých sekúnd.

Ultrazvuková extrakcia podporuje uvoľňovanie bioaktívnych zlúčenín a lipidov z rastlinných materiálov. Preto sa sonikácia používa na extrakciu olejov z použitej kávovej usadeniny.

Sonikácia sa používa na extrakciu olejov z použitej kávovej usadeniny.

Súvisiace témy

Často kladené otázky

Čo je kávový olej?

Kávový olej je extrakt bohatý na lipidy získavaný z kávových zŕn alebo použitej kávovej usadeniny, ktorý obsahuje zmes triglyceridov, voľných mastných kyselín a ďalších bioaktívnych zlúčenín. Pozostáva predovšetkým z nenasýtených mastných kyselín, ako sú kyselina linolová a olejová, spolu s menšími množstvami nasýtených mastných kyselín, ako je kyselina palmitová. Kávový olej je cenený pre svoj potenciál pri výrobe bionafty, v kozmetickom a potravinárskom priemysle vďaka vysokému obsahu mastných kyselín a antioxidačným vlastnostiam. Proces extrakcie zvyčajne zahŕňa mechanické lisovanie alebo extrakciu rozpúšťadlom, pričom použitá kávová usadenina je hojným a udržateľným zdrojom. Ultrazvuková extrakcia poskytuje vynikajúce výťažky kávových olejov.

Na čo sa používa kávový olej?

Kávový olej sa používa v rôznych odvetviach vrátane kozmetického a farmaceutického priemyslu a výroby bionafty. V kozmetike je cenený pre svoje hydratačné a antioxidačné vlastnosti, vďaka čomu je bežnou zložkou prípravkov na starostlivosť o pokožku a vlasy. Vo farmaceutickej oblasti sa kávový olej skúma pre svoje protizápalové a antimikrobiálne vlastnosti. Navyše je kávový olej vďaka vysokému obsahu lipidov sľubnou surovinou na výrobu bionafty, ktorá využívaním odpadových materiálov, ako je použitá kávová usadenina, ponúka udržateľnú alternatívu ku konvenčným palivám.

Je kávový olej udržateľný?

Áno, kávový olej možno považovať za udržateľný, najmä ak sa získava z použitej kávovej usadeniny, ktorá je bežným odpadovým produktom kávového priemyslu. Využívanie použitej kávovej usadeniny na extrakciu oleja podporuje zhodnocovanie odpadu tým, že premieňa hojný, nedostatočne využívaný vedľajší produkt na cenný zdroj, čím znižuje vplyv na životné prostredie a závislosť od primárnych rastlinných olejov. Tento proces prispieva k obehovému hospodárstvu minimalizáciou odpadu a poskytovaním alternatívnej suroviny pre odvetvia, ako sú výroba bionafty a kozmetický priemysel. Využívanie odpadovej kávovej usadeniny navyše pomáha znižovať uhlíkovú stopu spojenú s tradičnými metódami výroby oleja, čím ďalej zvyšuje jeho udržateľnosť.

Dá sa ultrazvuková extrakcia kávového oleja škálovať?

Ultrazvuková extrakcia kávového oleja je škálovateľná, najmä pri použití pokročilých ultrazvukových prietokových reaktorov, aké navrhuje spoločnosť Hielscher Ultrasonics. Tieto reaktory sú navrhnuté na kontinuálne spracovanie v priemyselnom meradle a prekonávajú mnohé problémy spojené so zväčšovaním mierky sonikácie. Tým, že umožňujú nepretržitý tok materiálov cez reaktor, zabezpečujú rovnomernú kavitáciu a účinný prenos energie, čo zvyšuje výťažnosť oleja a účinnosť extrakcie. Prietoková konštrukcia umožňuje lepšie riadenie parametrov spracovania, ako sú teplota a prívod energie, vďaka čomu je energeticky účinnejšia a nákladovo efektívnejšia než tradičná dávková sonikácia. Vďaka týmto technologickým inováciám možno ultrazvukovú extrakciu kávového oleja rozšíriť na priemyselnú úroveň pri zachovaní výhod kratších časov spracovania, vyšších výťažností a nižšej spotreby energie, čo z nej robí realizovateľnú a udržateľnú možnosť pre aplikácie vo veľkom meradle.

Ako sonikácia zlepšuje výrobu bionafty?

Sonikácia zlepšuje výrobu bionafty zintenzívnením procesu transesterifikácie pomocou vysokofrekvenčných ultrazvukových vĺn. Tieto vlny vyvolávajú kavitáciu, ktorá lokálne vytvára podmienky vysokej teploty a vysokého tlaku, čím účinnejšie rozkladá molekuly oleja a zlepšuje miešanie reaktantov. Tým sa zväčšuje kontaktná plocha medzi olejom a alkoholom, čo vedie k vyšším reakčným rýchlostiam, kratším reakčným časom a vyšším výťažnostiam bionafty. Sonikácia navyše môže znížiť potrebu nadbytočných množstiev katalyzátorov a znížiť spotrebu energie tým, že umožňuje priebeh reakcií pri nižších teplotách. Celkovo zvyšuje účinnosť, znižuje náklady a podporuje udržateľnejšiu výrobu bionafty.

Dá sa ultrazvuková výroba bionafty škálovať?

Áno, sonikácia je škálovateľná, jej škálovateľnosť si však vyžaduje splnenie určitých predpokladov. Hoci je sonikácia pri výrobe bionafty vysoko účinná v dávkovom režime v laboratórnom a malom meradle, pri prechode na priemyselnú úroveň sa odporúča používanie ultrazvukových reaktorov zapojených priamo do výrobnej linky. Ultrazvukové prietokové reaktory Hielscher dosahujú rovnomernú kavitáciu a miešanie v celom objeme veľkých reaktorov môže byť náročné, čo vedie ku konzistentným výťažnostiam bionafty, vyššej účinnosti reakcie a kratšiemu času spracovania. Pokročilá konštrukcia ultrazvukových reaktorov a energetická účinnosť sú rozhodujúce pre zvýšenie realizovateľnosti a nákladovej efektívnosti sonikácie v priemyselnom meradle.

Literatúra / Referencie

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.

Vysokovýkonná ultrazvuková technológia! Sortiment produktov Hielscher pokrýva celé spektrum od kompaktného laboratórneho ultrazvukového prístroja cez stolové jednotky až po plne priemyselné ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórnej až po priemyselnú veľkosť.