Pretvorba odpadnega jedilnega olja v zanesljiv biodizel za dizelske motorje

Odpadno jedilno olje je ena najprivlačnejših surovin za biodizel, ki so danes na voljo. Je poceni, široko dostopno in pomaga reševati težavo odstranjevanja odpadkov. Vendar predstavlja tudi dobro znan izziv pri predelavi: manj kakovostne surovine, kot so odpadna rastlinska olja, uporabljena jedilna olja, maščobe za cvrtje, živalske maščobe, loj ali ribja olja, je težje učinkovito pretvoriti kot rafinirana olja iz svežih surovin.

Nedavna študija ultrazvočno podprte transesterifikacije kaže, kako je to težavo mogoče premagati z ultrazvočnim mešanjem. Raziskovalci so optimizirali proizvodnjo biodizla iz odpadnega jedilnega olja (WCO) in nato nastali biodizel ter mešanice biodizla in dizelskega goriva preizkusili v dizelskem motorju. Njihove ugotovitve podpirajo dva pomembna sklepa: prvič, sonikacija omogoča hitro pretvorbo z visokim izkoristkom tudi pri zahtevnih surovinah; drugič, nastale mešanice biodizla in dizelskega goriva je mogoče uporabljati v dizelskih motorjih brez predelav, pri čemer so zmogljivosti blizu tistim pri dizelskem gorivu, emisije pa izboljšane.

Ste pripravljeni poceni odpadna olja pretvoriti v biodizel visoke vrednosti?

Ultrazvočni reaktorji Hielscher za biodizel proizvajalcem pomagajo pretvarjati zahtevne surovine, kot so odpadno jedilno olje, maščobe za cvrtje, loj in ribje olje, z večjimi hitrostmi reakcije, krajšimi zadrževalnimi časi in izboljšano učinkovitostjo procesa. Stopite v stik z nami zdaj, da se pogovorimo o vaši surovini, ciljni zmogljivosti in konfiguraciji reaktorja za kontinuirano ultrazvočno proizvodnjo biodizla.

Zakaj so manj kakovostne surovine zahtevne pri proizvodnji biodizla

Poceni surovine za biodizel so privlačne, ker stroški surovin prevladujejo v ekonomiki proizvodnje. Študija Belala in sodelavcev, objavljena leta 2025, dokazuje, da je odpadna jedilna olja in maščobe mogoče učinkovito pretvoriti v biodizel z ultrazvočnim mešanjem. Nato so ultrazvočno proizvedeni biodizel uspešno uporabili v dizelskih motorjih.
Čeprav uporaba odpadnih olj preprečuje dilemo med hrano in gorivom, povezano z jedilnimi olji, je izziv v tem, da so manj kakovostne surovine bolj spremenljive in jih je težje predelati. Pri konvencionalni transesterifikaciji se alkoholna in oljna faza ne mešata, zato je učinkovitost reakcije močno odvisna od tega, kako dobro lahko sistem premaga omejitve prenosa snovi. Pri degradiranih ali manj kakovostnih oljih in maščobah so te omejitve izrazitejše, kar pogosto vodi do počasnejše pretvorbe, daljših zadrževalnih časov, težjega ločevanja faz in manj učinkovite celotne predelave. Prav tu ultrazvočno mešanje prinaša resnično prelomnico.

Zakaj sonikacija omogoča uporabo manj kakovostnih surovin

Sonikacija omogoča učinkovitejšo predelavo manj kakovostnih surovin, kot so odpadna rastlinska olja, odpadna jedilna olja, maščobe za cvrtje, goveji loj ali ribja olja, saj ultrazvočna kavitacija povzroči veliko boljši stik med oljno in alkoholno fazo, ki se ne mešata, ter tako močno izboljša mešanje in prenos toplote ter snovi. Poleg tega ima ultrazvočno mešanje tako fizikalne kot kemijske učinke: ultrazvočna kavitacija intenzivira reakcijsko okolje in lahko spodbuja nastajanje zelo reaktivnih radikalov, ki dodatno pospešijo reakcijsko kinetiko ter omogočajo hitrejšo in popolnejšo transesterifikacijo.
Prav zato je sonikacija tako dragocena pri manj kakovostnih surovinah. Kompenzira omejitve, zaradi katerih je predelava teh surovin v konvencionalnih sistemih običajno zahtevna.

Kaj je študija dosegla s sonikacijo

Za industrijske proizvajalce biodizla ključni rezultat ni majhna laboratorijska postavitev, temveč intenzifikacija procesa, dosežena s sonikacijo. V optimiziranih ultrazvočnih pogojih je študija Belala in sod. (2025) dosegla izkoristek biodizla 96,65%. V primerjavi s konvencionalnim referenčnim postopkom avtorjev je ultrazvočno podprta transesterifikacija skrajšala reakcijski čas z 90 minut na 6 minut in čas ločevanja biodizla od glicerola s 720 minut na 30 minut.
Ti rezultati so zelo pomembni za industrijsko proizvodnjo biodizla, saj kažejo, da sonikacija ne izboljša mešanja zgolj nekoliko – temveč bistveno pospeši pretvorbo in nadaljnje ločevanje.
 

Ultrazvočna metoda doseže približno 75% pretvorbo v prvih 1,5 minute in po 6 minutah doseže plato pri približno 90% pretvorbi.
Konvencionalna metoda kaže veliko manjšo hitrost pretvorbe in po 8 minutah doseže le približno 40% pretvorbo.
Študija in graf: ©Fayyyazi et al. 2014

Kako se to odraža pri kontinuirani pretočni proizvodnji biodizla s sistemi Hielscher

Pri industrijski izvedbi se te ugotovitve neposredno odražajo v prednostih kontinuirane pretočne ultrazvočne proizvodnje biodizla z industrijskimi sonikatorji in reaktorji Hielscher. Isti kavitacijski mehanizem, prikazan v študiji – intenzivnejše mešanje, izboljšan stik na fazni meji, hitrejši prenos toplote in snovi ter pospešena reakcijska kinetika – je prav tisto, kar zagotavlja zmogljivost ultrazvočnih reaktorjev v pretočni liniji.
Pri kontinuiranem delovanju se olje, alkohol in katalizator črpajo skozi območje ultrazvočnega reaktorja, kjer kavitacija visoke intenzivnosti neprekinjeno dispergira fazi in povzroča njuno reakcijo. To omogoča krajše zadrževalne čase, hitrejšo pretvorbo, zanesljivejšo predelavo spremenljivih poceni surovin in hitrejše nadaljnje ločevanje. Za industrijske proizvajalce, ki uporabljajo WCO, uporabljene maščobe za cvrtje, loj ali ribje olje, je ključno sporočilo jasno: sonikacija povečuje komercialno privlačnost zahtevnih surovin, saj zagotavlja boljšo pretvorbo v krajšem času.

Sonikacija izboljša kakovost goriva

Ključno je, da nepredelana odpadna olja niso primerna goriva za motorje. Termogravimetrična analiza v študiji je primerjala dizelsko gorivo, nepredelano WCO, konvencionalno proizvedeni biodizel in biodizel, proizveden z ultrazvočnim mešanjem. Avtorji so ugotovili, da je nepredelano WCO imelo najslabše lastnosti izparevanja, medtem ko je ultrazvočno proizvedeni biodizel pokazal izboljšane lastnosti izparevanja v primerjavi z nepredelanim WCO in celo z biodizlom, proizvedenim s tradicionalno transesterifikacijo.
To je pomembno, ker sta slabo izparevanje in slabo razprševanje med glavnimi razlogi, zaradi katerih lahko neobdelana odpadna olja povzročajo onesnaženje vbrizgalnih šob, nepopolno zgorevanje in obloge. Študija navaja, da je nepredelano WCO vsebovalo netopne oligomere, ki lahko z zamašitvijo sistema za vbrizgavanje poškodujejo motor, medtem ko ustrezna transesterifikacija bistveno izboljša obnašanje goriva.

Ali je mogoče mešanice biodizla in dizelskega goriva brez težav uporabljati v dizelskih motorjih?

Študija Belala in sod. (2025) kaže, da je ultrazvočno proizvedeni biodizel res mogoče brez težav uporabljati v standardnih dizelskih motorjih. Raziskovalci so mešanice B10, B20, B30, B40 in B100 preizkusili v dizelskem motorju pri stalni vrtilni frekvenci in različnih obremenitvah. Sklenili so, da je dizelsko gorivo mogoče nadomestiti z biodizlom iz WCO ali z mešanicami biodizla in dizelskega goriva brez predelave motorja ter da je priporočena mešanica B40, ker združuje primerljivo zmogljivost motorja z jasno izboljšanimi emisijami.
Čeprav niso vsi kazalniki enaki kot pri fosilnem dizelskem gorivu, ostajajo mešanice povsem uporabne pri standardnem delovanju dizelskega motorja, razlike v zmogljivosti pa so majhne in koristi glede emisij znatne.
 

Različne mešanice biodizla in dizelskega goriva pri obremenitvah motorja 10–100%. – Levo: spreminjanje BSFC / Desno: spreminjanje BTE pri različnih mešanicah biodizla in dizelskega goriva pri obremenitvah motorja 10–100%
Študija in grafi: ©Belal et al., 2025

Zmogljivost motorja: blizu dizelskemu gorivu, z majhnimi kompromisi

Študija je ugotovila, da mešanice biodizla zagotavljajo zmogljivost motorja, podobno tisti pri dizelskem gorivu, ob rahlem povečanju specifične porabe goriva glede na efektivno moč in manjšem zmanjšanju efektivnega toplotnega izkoristka.
Te spremembe so pričakovane. Izmerjene lastnosti so pokazale, da ima biodizel iz WCO večjo gostoto in viskoznost ter manjšo kurilno vrednost kot dizelsko gorivo, čeprav je bilo cetansko število v tej študiji enako. To pomeni, da je za doseganje enake izhodne moči morda potrebna nekoliko večja količina goriva, vendar motor z mešanicami še vedno deluje normalno.
S praktičnega vidika to podpira trditev, da so mešanice biodizla uporabne za delovanje dizelskih motorjev tudi takrat, ko so proizvedene iz manj kakovostnih surovin, kot je odpadno jedilno olje.

Emisije: velike koristi dodajanja biodizla v mešanice

Pri rezultatih meritev emisij je biodizel pokazal svoje največje prednosti.

Pri polni obremenitvi je B100 povzročil največje zmanjšanje:

• CO: za 42,9%
• nezgorelih ogljikovodikov: za 29,9%
• motnosti dima: za 42,1%

v primerjavi s čistim dizelskim gorivom.
Študija te koristi pripisuje večji vsebnosti kisika in manjši vsebnosti ogljika v biodizlu, kar spodbuja popolnejše zgorevanje in zmanjšuje nastajanje saj.

Kaj to pomeni za proizvajalce biodizla

Manj kakovostne surovine so ekonomsko privlačne, vendar jih je težje predelati s konvencionalno tehnologijo. Sonikacija to spremeni, saj premaga oviro pri prenosu snovi med oljem in alkoholom ter izrazito pospeši pretvorbo. V študiji je to pomenilo 96,65% izkoristek biodizla, skrajšanje reakcijskega časa z 90 minut na 6 minut in skrajšanje časa ločevanja z 12 ur na 30 minut.
Pri kontinuiranih industrijskih sistemih za biodizel se to odraža v ključnih prednostih ultrazvočne obdelave Hielscher: večji zmogljivosti obdelave, krajšem zadrževalnem času, večji odpornosti procesa na spremenljivost surovin in učinkovitejši proizvodnji iz poceni olj in maščob.
 

Ultrazvočni reaktor UIP1000hdT za izboljšano pretvorbo odpadnih olj in maščob v biodizel.

Sonikatorji Hielscher za biodizel iz WCO

Študija kaže, zakaj so sonikatorji Hielscher tako učinkovito orodje za proizvodnjo biodizla iz manj kakovostnih surovin. Ultrazvočna kavitacija intenzivira transesterifikacijo z izboljšanjem mešanja, prenosa toplote, prenosa snovi in reakcijske kinetike, kar omogoča hitro in učinkovito pretvorbo zahtevnih surovin, kot so odpadna jedilna olja ter druga degradirana olja in maščobe. V optimiziranih pogojih je študija dosegla 96,65% izkoristek biodizla v samo 6 minutah, pri čemer je bilo ločevanje glicerola izrazito hitrejše kot pri konvencionalni predelavi.
Enako pomembno je, da je bil nastali biodizel praktično uporaben v motorju. Mešanice biodizla in dizelskega goriva so pokazale zmogljivost blizu tisti pri konvencionalnem dizelskem gorivu, hkrati pa so znatno zmanjšale emisije CO, nezgorelih ogljikovodikov in dima. Priporočena mešanica B40 je združevala primerljivo mehansko zmogljivost z najbolj uravnoteženimi emisijskimi lastnostmi in jo je bilo mogoče uporabljati brez predelave motorja.
Sonikatorji Hielscher ne pospešujejo le proizvodnje biodizla – omogočajo učinkovito kontinuirano predelavo poceni, manj kakovostnih surovin ter pretvarjajo odpadna olja in maščobe v praktično gorivo, pripravljeno za uporabo v motorjih.

Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave ultrazvočnih reaktorjev Hielscher za biodizel:

Ekonomski in okoljski učinki uporabe ultrazvočnih mešalnikov Hielscher za biodizel

Tehnično-ekonomski model Gholamija in sod. (2021) je pokazal:

• Zmanjšanje skupnih investicijskih stroškov za približno 21%,
• Zmanjšanje stroškov izdelka na tono za približno 5%,
• Zmanjšanje nastajanja odpadkov na eno petino količine pri mehanskem mešanju,
• Izboljšanje interne stopnje donosnosti (IRR) na 18,3% ob pozitivni neto sedanji vrednosti (NPV), medtem ko je konvencionalni postopek ostal ekonomsko neupravičen.

Z okoljskega vidika zmanjšanje presežka metanola neposredno zmanjšuje emisije hlapnih organskih spojin in porabo toplotne energije, s čimer ultrazvočno proizvodnjo biodizla usklajuje s cilji okolju prijazne proizvodnje.

Pregled prednosti ultrazvočnega reaktorja za biodizel

(rezultati primerjalne študije, prim. Gholami et al., 2021)

Načrtovanje, proizvodnja in svetovanje – kakovost, izdelana v Nemčiji

Ultrazvočne naprave Hielscher so znane po najvišjih standardih kakovosti in zasnove. Robustnost in preprosto upravljanje omogočata nemoteno vključitev naših ultrazvočnih naprav v industrijske obrate. Ultrazvočne naprave Hielscher zlahka obvladujejo težke razmere in zahtevna okolja.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visokozmogljivim ultrazvočnim napravam z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Ultrazvočne naprave Hielscher so seveda skladne s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.

Literatura / Viri

• Belal, B. Y.; Li, G.; Zhang, Z.; Liang, J.; Zhou, M.; Masoud, S. M.; Attia, A. M. A.; El-Zoheiry, R. M.; El-Seesy, A. I. (2025): Optimizing waste cooking biodiesel production using ultrasonic-assisted and studying its combustion characteristics blended with diesel in diesel engine. Environmental science and pollution research international, 32(11), 2025. 6984–7001.
• J. Sáez-Bastante, M. Carmona-Cabello, S. Pinzi, M.P. Dorado (2020): Recycling of kebab restoration grease for bioenergy production through acoustic cavitation. Renewable Energy, Volume 155, 2020. 1147-1155.
• 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.
• Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
• Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
• Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
• 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.