Povečanje učinkovitosti proizvodnje bioenergije z ultrazvokom visoke moči

Uporaba ultrazvoka visoke intenzivnosti (sonikacije) pri proizvodnji energije iz obnovljivih virov pomeni pomemben napredek pri učinkovitosti procesov. Ultrazvočna tehnologija z izkoriščanjem akustične kavitacije izboljšuje prenos snovi, razgrajuje celične strukture in pospešuje kemijske reakcije v različnih postopkih proizvodnje biogoriv, vključno z biodizlom, bioetanolom in bioplinom.
Povpraševanje po obnovljivih gorivih narašča, saj cene nafte dosegajo nove vrhove. Uporaba ultrazvočne tehnologije pri proizvodnji zelenih goriv, kot so biodizel, bioetanol in bioplin, izboljšuje tehnično in ekonomsko učinkovitost.

Biodizel iz odpadnega rastlinskega olja in živalske maščobe

Biodizel je obnovljivo gorivo, ki se lahko uporablja v dizelskih motorjih kot alternativa dizelskemu gorivu, izdelanemu iz nafte. Biodizel se proizvaja s transesterifikacijo iz surovin, kot so rastlinska olja, živalske maščobe ali masti. Najpogostejše surovine so sojino olje, olje oljne ogrščice ali olje alg. Proizvodnja biodizla vključuje katalitično reakcijo z alkoholom (metanolom ali etanolom). Ultrazvočno mešanje olja, maščobe ali masti z alkoholom znatno poveča hitrost reakcije in izplen. S tem se zmanjšajo investicijski in obratovalni stroški.

• Pospešena transesterifikacija: Ultrazvočno obsevanje znatno skrajša reakcijski čas pri proizvodnji biodizla, pogosto z več ur na manj kot pet minut.
• Izboljšeno ločevanje: Tehnologija izboljšuje ločevanje glicerina od biodizla in skrajša čas usedanja z več ur na manj kot 15 minut.
• Večji izpleni: Ultrazvočna obdelava lahko z zagotavljanjem temeljitega mešanja reaktantov omogoči izplene biodizla nad 99%.

Kliknite tukaj in preberite več o ultrazvočnih mešalnih reaktorjih za biodizel!

Bioetanol iz škroba in sladkorja

Bioetanol se uporablja kot zelena alternativa bencinu. Proizvaja se s fermentacijo iz koruze, pšenice, krompirja, sladkornega trsa, riža in drugih žit. Kvasovke se uporabljajo za fermentacijo škroba in sladkorjev v teh poljščinah v etanol. Ultrazvočna razgradnja celičnih struktur in ekstrakcija znotrajceličnega materiala zmanjšata velikost delcev in med utekočinjanjem encimom izpostavita veliko večjo površino. S tem se izboljša biološka razpoložljivost škroba in sladkorja ter omogoči hitrejša in popolnejša fermentacija, pri kateri nastane več etanola.
Proizvodnja bioetanola je močno odvisna od učinkovite razgradnje lignocelulozne biomase, pri kateri se sprostijo sladkorji, ki jih je mogoče fermentirati. Ultrazvok ta proces podpira na več načinov:

• Izboljšana hidroliza: Ultrazvočna predobdelava olajša razgradnjo rastlinskih delcev in izboljša sproščanje glukoze iz koruzne brozge v obratih za proizvodnjo etanola s suhim mletjem.
• Spodbujena fermentacija: Dokazano je, da ultrazvok spodbuja proizvodnjo etanola med sočasno saharifikacijo in fermentacijo (SSF) materialov, kot je mešan odpadni pisarniški papir.
• Učinkovitost ekstrakcije: Ultrazvok visoke moči je učinkovit pri ekstrakciji aktivnih sestavin, kot sta ksilan in heteroksilan, iz koruznih storžev in luščin ter pri izboljšanju ekstrakcije olja iz soje, kar podpira širše proizvodne verige na osnovi bioloških virov.

Kliknite tukaj in preberite več o razgradnji celic in ekstrakciji!

Bioplin iz odpadkov in blata

Komunalni organski odpadki, blato iz odpadnih voda, gnojevka in gnoj so vir bioplina. Obdelava takšnega materiala v aerobnih ali anaerobnih digestorjih pretvori organski material v bioplin. Ultrazvočna razgradnja organskega materiala pred biološko razgradnjo spremeni strukturo materiala ter sprosti in aktivira encime. S tem se izboljša biološka razgradnja organskega materiala, kar omogoči hitrejšo obdelavo, več plina in manj preostalega blata. To posledično poveča zmogljivost obstoječih digestorjev in zmanjša stroške odstranjevanja.

Pri anaerobni razgradnji se ultrazvočna predobdelava uporablja za razgradnjo biomase (kot je odvečno aktivno blato), da postane organska snov dostopnejša bakterijam.

• Povečan izplen bioplina: Sonikacija se je izkazala za učinkovito pri povečanju kumulativne proizvodnje bioplina. Študije so poročale o povečanju proizvodnje bioplina za 26% do 36% v primerjavi z neobdelanim blatom.
• Izboljšano zmanjševanje vsebnosti trdnih snovi: Ultrazvočna obdelava izboljšuje razgradnjo hlapnih trdnih snovi (VS). Razgradnja VS se lahko na primer poveča s 30% na 35% ali celo več (do 39%), odvisno od organske obremenitve in vnosa energije.
• Vključitev v čiščenje odpadnih voda: Biološke trdne snovi iz čistilnih naprav za komunalne in industrijske odpadne vode ter iz samih bioplinskih naprav je mogoče učinkovito obdelati z ultrazvočnimi reaktorji za optimizacijo procesa stabilizacije in pridobivanja energije.

Kliknite tukaj in preberite več o ultrazvočni razgradnji blata!

Ultrazvočna razgradnja živalskega gnoja pred anaerobno razgradnjo izboljšuje izplene bioplina.

Energijska bilanca ultrazvoka

Zgoraj navedeni procesi ne zahtevajo veliko ultrazvočne energije. Na splošno presežna energija, ki nastane zaradi sonikacije, nadomesti energijo, porabljeno za ustvarjanje ultrazvoka. Ultrazvočne naprave Hielscher imajo skupni izkoristek več kot 85%. To pomeni, da se več kot 85% električne energije pretvori in v obliki mehanske energije prenese v tekočino. Dejanske energijske potrebe procesa je mogoče določiti v majhnem merilu z namiznim ultrazvočnim procesorjem z močjo 1kW. Vse rezultate takšnih namiznih preskusov je mogoče zlahka prenesti v večje merilo. Hielscher dobavlja industrijsko opremo za ultrazvočno obdelavo po vsem svetu. Z industrijskimi ultrazvočnimi homogenizatorji z močjo do 16kW na posamezen sonikator ni omejitev glede velikosti obrata ali zmogljivosti obdelave.