Povečanje učinkovitosti proizvodnje bioenergije z močnim ultrazvokom

Uporaba visokointenzivnega ultrazvoka (sonikacija) pri proizvodnji obnovljive energije predstavlja pomemben napredek v učinkovitosti procesov. Z izkoriščanjem akustične kavitacije ultrazvočna tehnologija izboljša prenos mase, razgradi celične strukture in pospeši kemijske reakcije v različnih postopkih proizvodnje biogoriv, vključno z biodizlom, bioetanolom in bioplinom.
Obnovljiva goriva uživajo vse večje povpraševanje, saj cene nafte zaznamujejo nove višine. Uporaba ultrazvočne tehnologije za proizvodnjo zelenih goriv, kot so biodizel, bioetanol in bioplin, izboljšuje tehnično in komercialno učinkovitost.

Biodizel iz odpadnega rastlinskega olja in živalske maščobe

Biodizel je obnovljivo gorivo, ki se lahko uporablja v dizelskih motorjih kot alternativa dizelskemu gorivu, pridobljenemu iz nafte. Biodizel se pridobiva s transesterifikacijo iz surovin, kot so rastlinska olja, živalske maščobe ali mast. Najpogostejše surovine so olja iz soje, repice ali alg. Proizvodnja biodizla vključuje katalitično reakcijo z alkoholom (metanolom ali etanolom). Ultrazvočno mešanje olja, maščobe ali mastnih snovi z alkoholom znatno izboljša hitrost reakcije in izkoristek. To zmanjša investicijske in obratovalne stroške.

• Pospešena transesterifikacija: Ultrazvočno obsevanje znatno skrajša čas reakcije pri proizvodnji biodizla, tako da se ta pogosto skrajša z več ur na manj kot pet minut.
• Izboljšana ločitev: Ta tehnologija izboljša ločevanje glicerina od biodizla, pri čemer skrajša čas usedanja z več ur na manj kot 15 minut.
• Višji donosi: Ultrazvočna obdelava lahko omogoči donos biodizla, ki presega 99 %, saj zagotavlja temeljito mešanje reaktantov.

Kliknite tukaj, če želite prebrati več o ultrazvočnih mešalnih reaktorjih za biodizel!

Bioetanol iz škroba in sladkorja

Bioetanol se uporablja kot okolju prijazna alternativa bencinu. Pridobiva se s fermentacijo iz koruze, pšenice, krompirja, sladkornega trsa, riža in drugih žit. Kvas se uporablja za fermentacijo škroba in sladkorjev, ki jih vsebujejo te poljščine, v etanol. Ultrazvočna dezintegracija celičnih struktur in ekstrakcija intracelularnega materiala zmanjšata velikost delcev ter med utekočinjenjem encimom omogočita dostop do veliko večje površine. To izboljša biološko razpoložljivost škroba in sladkorja ter omogoča hitrejšo in popolnejšo fermentacijo, kar vodi do večje količine etanola.
Proizvodnja bioetanola je v veliki meri odvisna od učinkovite razgradnje lignocelulozne biomase, da se sprostijo fermentabilni sladkorji. Ultrazvok ta proces podpira na več načinov:

• Okrepljena hidroliza: Ultrazvočna predobdelava olajša razgradnjo rastlinskih delcev in izboljša sproščanje glukoze iz koruzne kaše v obratih za proizvodnjo etanola s suhim mletjem.
• Stimulirana fermentacija: Dokazano je, da ultrazvok spodbuja proizvodnjo etanola med sočasnim sahariziranjem in fermentacijo (SSF) surovin, kot so mešani odpadni pisarniški papir.
• Učinkovitost ekstrakcije: Visokozmogljivi ultrazvok je učinkovit pri ekstrakciji aktivnih sestavin, kot sta ksilan in heteroksilan, iz koruznih storžev in lupin, pa tudi pri izboljšanju izkoriščanja olja iz soje, kar prispeva k razvoju širših proizvodnih verig na biološki osnovi.

Kliknite tukaj, če želite prebrati več o razpad celic in Ekstrakcija!

Bioplin iz odpadkov in blata

Komunalni organski odpadki, blato iz čistilnih naprav, blato in gnoj služijo kot vir bioplina. S predelavo takšnega materiala v aerobnih ali anaerobnih digestorjih se organski material pretvori v bioplin. Ultrazvočno razpad organskega materiala Pred prebavo spremeni strukturo materiala ter sprosti in aktivira encime. To izboljša razgradnjo organskega materiala, kar vodi do hitrejše predelave, več plina in manj ostankov blata. To posledično poveča zmogljivost obstoječih digestorjev in zmanjša stroške odstranjevanja.

Pri anaerobni razgradnji se ultrazvočna predobdelava uporablja za razgradnjo biomase (kot je odpadno aktivno blato), da se organska snov naredi bolj dostopna za bakterije.

• Večji izkoristek bioplina: Ultrazvok se je izkazal za učinkovitega pri povečanju skupne proizvodnje bioplina. Študije so pokazale povečanje proizvodnje bioplina v razponu od 26 % do 36 % v primerjavi z neobdelanim blatom.
• Izboljšano zmanjšanje vsebnosti trdnih snovi: Ultrazvočna obdelava pospeši razgradnjo hlapnih trdnih snovi (VS). Na primer, stopnja razgradnje VS se lahko poveča s 30 % na 35 % ali celo več (do 39 %), odvisno od količine organskih snovi in vnesene energije.
• Vključevanje odpadne vode: Biološke usedline iz čistilnih naprav za mestne in industrijske odpadne vode ter iz samih naprav za proizvodnjo bioplina je mogoče učinkovito obdelati z uporabo ultrazvočnih reaktorjev, s čimer se optimizira proces stabilizacije in pridobivanja energije.

Kliknite tukaj, če želite prebrati več o Ultrazvočno razpadanje blata!

Ultrazvočna dezintegracija živalskih gnojil pred anaerobno fermentacijo izboljša izkoristek bioplina.

Ultrazvočna energetska bilanca

Zgoraj navedeni postopki ne zahtevajo veliko ultrazvočne energije. Na splošno presežna energija, ki nastane pri ultrazvočni obdelavi, nadomesti energijo, porabljeno za proizvodnjo ultrazvoka. Ultrazvočne naprave podjetja Hielscher imajo skupno učinkovitost več kot 85 %. To pomeni, da se več kot 85 % električne energije pretvori in prenese v tekočino v obliki mehanske energije. Dejanske energijske potrebe postopka je mogoče določiti v majhnem obsegu z uporabo 1-kW ultrazvočnega procesorja v laboratorijskem obsegu. Vse rezultate takšnih laboratorijskih poskusov je mogoče enostavno prenesti na večji obseg. Hielscher po vsem svetu dobavlja industrijsko opremo za ultrazvočno obdelavo. Z industrijskimi ultrazvočnimi homogenizatorji z močjo do 16 kW na posamezni sonikator ni omejitev glede velikosti obrata ali zmogljivosti obdelave.