Претварање отпадног јестивог уља у поуздан биодизел за дизел моторе

Отпадно јестиво уље једна је од најпривлачнијих сировина за производњу биодизела које су данас доступне. Јефтино је, широко доступно и помаже у решавању проблема одлагања отпада. Међутим, оно представља и добро познат изазов у преради: сировине лошег квалитета, као што су отпадна биљна уља, коришћена јестива уља, масти за пржење, животињске масти, лој или рибља уља, теже је ефикасно конвертовати него рафинисана некоришћена уља.

Недавна студија о трансестерификацији потпомогнутој ултразвуком показује како се овај проблем може превазићи ултразвучним мешањем. Истраживачи су оптимизовали производњу биодизела из отпадног јестивог уља (WCO), а затим су добијени биодизел и мешавине биодизела и дизела испитали у дизел мотору. Њихови налази поткрепљују два важна закључка: прво, соникација омогућава брзу конверзију са високим приносом чак и када су у питању сировине које се тешко прерађују; друго, добијене мешавине биодизела и дизела могу се користити у дизел моторима без модификација, уз перформансе блиске онима при употреби дизела и побољшане емисионе карактеристике.

Спремни сте да јефтина отпадна уља претворите у биодизел високе вредности?

Hielscher ултразвучни реактори за биодизел помажу произвођачима да конвертују сировине које се тешко прерађују, као што су отпадно јестиво уље, масти за пржење, лој и рибље уље, уз већу брзину реакције, краће време задржавања и побољшану ефикасност процеса. Контактирајте нас сада да бисмо разговарали о вашој сировини, циљном капацитету и конфигурацији реактора за континуирану ултразвучну производњу биодизела.

Зашто сировине лошег квалитета отежавају производњу биодизела

Јефтине сировине за биодизел привлачне су зато што трошкови сировина доминирају економиком производње. Студија коју су Belal и сарадници објавили 2025. године показује да се отпадна јестива уља и масти могу ефикасно конвертовати у биодизел применом ултразвучног мешања. Тако произведени биодизел затим је успешно коришћен у дизел моторима.
Иако се употребом отпадних уља избегава дилема храна или гориво повезана са јестивим уљима, изазов је у томе што сировине лошег квалитета имају променљивији састав и теже се прерађују. Код конвенционалне трансестерификације, алкохолна и уљна фаза се не мешају, па ефикасност реакције у великој мери зависи од тога колико добро систем може да превазиђе ограничења преноса масе. Код деградираних уља и масти или оних нижег квалитета, ова ограничења постају израженија, што често доводи до спорије конверзије, дужег времена задржавања, тежег раздвајања фаза и мање ефикасне укупне прераде. Управо ту ултразвучно мешање доноси суштинску промену.

Зашто соникација омогућава употребу сировина лошег квалитета

Соникација омогућава ефикаснију прераду сировина лошег квалитета, као што су отпадна биљна уља, отпадна јестива уља, масти за пржење, говеђи лој или рибља уља, јер ултразвучна кавитација остварује знатно бољи контакт између немешљивих уљних и алкохолних фаза, чиме се значајно побољшавају мешање, као и пренос топлоте и масе. Осим тога, ултразвучно мешање има и физичке и хемијске ефекте: ултразвучна кавитација интензивира услове у реакционој средини и може подстаћи стварање високо реактивних радикала, који додатно убрзавају кинетику реакције и доприносе бржој и потпунијој трансестерификацији.
Управо зато је соникација толико драгоцена за сировине нижег квалитета. Она надокнађује ограничења због којих се ове сировине обично тешко прерађују у конвенционалним системима.

Шта је у студији постигнуто соникацијом

Уместо усредсређивања на малу лабораторијску поставку, кључни резултат за индустријске произвођаче биодизела јесте интензификација процеса постигнута соникацијом. У оптимизованим ултразвучним условима, истраживање Belal и сар. (2025) остварило је принос биодизела од 96,65%. У поређењу са конвенционалним референтним поступком аутора, трансестерификација потпомогнута ултразвуком смањила је време реакције са 90 минута на 6 минута и скратила време раздвајања биодизела и глицерола са 720 минута на 30 минута.
Ови резултати су веома значајни за индустријску производњу биодизела јер показују да соникација не побољшава мешање само незнатно – она суштински убрзава конверзију и накнадно раздвајање.
 

Ултразвучна метода достиже приближно 75% конверзије у првих 1,5 минута и након 6 минута достиже плато на око 90% конверзије.
Конвенционална метода показује знатно мању брзину конверзије, достижући само око 40% конверзије након 8 минута.
Истраживање и графикон: ©Fayyyazi et al. 2014

Шта ово значи за континуирану проточну прераду биодизела помоћу Hielscher опреме

За индустријску примену, ови налази се директно одражавају у предностима континуиране проточне ултразвучне прераде биодизела помоћу индустријских соникатора и реактора Hielscher. Исти механизам кавитације приказан у истраживању – интензивирано мешање, побољшан контакт на граници фаза, бржи пренос топлоте и масе и убрзана кинетика реакције – управо је оно што одређује учинак проточних ултразвучних реактора.
При континуираном раду, уље, алкохол и катализатор пумпају се кроз зону ултразвучног реактора, где кавитација високог интензитета непрекидно диспергује фазе и подстиче њихову реакцију. То омогућава краће време задржавања, бржу конверзију, поузданију прераду јефтиних сировина променљивог састава и брже накнадно раздвајање. За индустријске произвођаче који користе отпадно јестиво уље (WCO), употребљене масти за пржење, лој или рибље уље, кључни закључак је јасан: соникација чини сировине које се тешко прерађују комерцијално привлачнијим тако што обезбеђује бољу конверзију за краће време.

Соникација побољшава квалитет горива

Кључно је то да непрерађена отпадна уља нису погодна као гориво за моторе. Термогравиметријска анализа у истраживању упоредила је дизел, непрерађено отпадно јестиво уље (WCO), биодизел произведен конвенционалним поступком и биодизел произведен ултразвучним мешањем. Аутори су утврдили да је непрерађено WCO имало најлошије карактеристике испаравања, док је ултразвучно произведени биодизел показао побољшане карактеристике испаравања у поређењу са непрерађеним WCO, па чак и у поређењу са биодизелом произведеним традиционалном трансестерификацијом.
Ово је важно јер су лоше испаравање и лоше распршивање међу главним разлозима због којих необрађена отпадна уља могу изазвати запрљање бризгаљки, непотпуно сагоревање и стварање наслага. У истраживању се наводи да је непрерађено WCO садржало нерастворљиве олигомере који могу оштетити мотор зачепљивањем система за убризгавање, док правилна трансестерификација знатно побољшава понашање горива.

Могу ли се мешавине биодизела и дизела користити у дизел моторима без проблема?

Истраживање Belal и сар. (2025) показује да се ултразвучно произведени биодизел заиста може користити у стандардним дизел моторима без проблема. Истраживачи су испитивали мешавине B10, B20, B30, B40 и B100 у дизел мотору при константној брзини обртања и променљивом оптерећењу. Закључили су да се дизел може заменити биодизелом из WCO или мешавинама биодизела и дизела без модификације мотора и да је B40 препоручена мешавина јер је објединила упоредиве перформансе мотора са јасно побољшаним емисионим карактеристикама.
Чак и ако није сваки показатељ идентичан оном код фосилног дизела, мешавине остају у потпуности употребљиве у стандардном раду дизел мотора, док су разлике у перформансама мале, а користи у погледу емисија значајне.
 

Различите мешавине биодизела/дизела при оптерећењима мотора од 10–100%. – Лево: Промена BSFC / Десно: Промена BTE са различитим мешавинама биодизела/дизела при оптерећењима мотора од 10–100%
Истраживање и графикони: ©Belal et al., 2025

Перформансе мотора: блиске перформансама са дизелом, уз мале компромисе

Студија је показала да су мешавине биодизела омогућиле перформансе мотора сличне онима са дизелом, уз благо повећање специфичне ефективне потрошње горива и незнатно смањење ефективног термичког степена корисности.
Ове промене су очекиване. Измерена својства показала су да биодизел из отпадног јестивог уља (WCO) има већу густину и вискозност и нижу доњу топлотну моћ од дизела, иако је цетански број у овој студији био исти. То значи да за остваривање исте излазне снаге може бити потребно нешто више горива, али мотор и даље нормално ради са овим мешавинама.
Са практичног становишта, ово поткрепљује тврдњу да су мешавине биодизела погодне за рад дизел мотора чак и када су произведене од сировина лошег квалитета, као што је отпадно јестиво уље.

Емисије: велике предности додавања биодизела

Резултати мерења емисија показали су највеће предности биодизела.

При пуном оптерећењу, B100 је довео до највећих смањења следећих показатеља:

• CO: смањење за 42,9%
• несагорели угљоводоници: смањење за 29,9%
• непрозирност дима: смањење за 42,1%

у поређењу са чистим дизелом.
Студија приписује ове предности већем садржају кисеоника и нижем садржају угљеника у биодизелу, што подстиче потпуније сагоревање и смањује стварање чађи.

Шта ово значи за произвођаче биодизела

Сировине лошег квалитета су економски привлачне, али се теже прерађују конвенционалном технологијом. Соникација мења ту рачуницу превазилажењем ограничења преноса масе између уља и алкохола и драстичним убрзавањем конверзије. У студији је то значило принос биодизела од 96,65%, скраћење времена реакције са 90 минута на 6 минута и смањење времена раздвајања са 12 сати на 30 минута.
За континуалне индустријске системе за производњу биодизела, то подразумева кључне предности ултразвучне обраде уређајима Hielscher: већи капацитет обраде, краће време задржавања, већу отпорност процеса на променљивост сировина и ефикаснију производњу од јефтиних уља и масти.
 

Ултразвучни реактор UIP1000hdT за побољшану конверзију отпадних уља и масти у биодизел.

Соникатори Hielscher за биодизел из отпадног јестивог уља (WCO)

Студија показује зашто су соникатори Hielscher тако моћан алат за производњу биодизела од сировина лошег квалитета. Ултразвучна кавитација интензивира трансестерификацију побољшањем мешања, преноса топлоте, преноса масе и кинетике реакције, омогућавајући брзу и ефикасну конверзију захтевних сировина као што су отпадна јестива уља и друга деградирана уља и масти. Под оптимизованим условима, у студији је постигнут принос биодизела од 96,65% за само 6 минута, уз драстично брже раздвајање глицерола него при конвенционалној обради.
Подједнако је важно и то што је добијени биодизел био практично употребљив у моторима. Мешавине биодизела и дизела показале су перформансе блиске конвенционалном дизелу, уз значајно смањење емисија CO, несагорелих угљоводоника и дима. Препоручена мешавина B40 објединила је упоредиве механичке перформансе са најуравнотеженијим карактеристикама емисија и могла је да се користи без модификације мотора.
Соникатори Hielscher не само да убрзавају производњу биодизела – они омогућавају ефикасну континуалну прераду јефтиних сировина лошег квалитета и претварају отпадна уља и масти у практично гориво спремно за употребу у моторима.

Табела у наставку даје оријентациони приказ приближног капацитета обраде ултразвучних реактора Hielscher за биодизел:

Економске и еколошке последице употребе ултразвучних мешалица Hielscher за биодизел

Техноекономски модел аутора Gholami и сар. (2021) показао је:

• Укупни инвестициони трошкови смањени су за приближно 21%,
• Трошкови производа по тони смањени су за приближно 5%,
• Количина насталог отпада смањена је на једну петину количине настале при механичком мешању,
• Интерна стопа приноса (IRR) повећана је на 18,3% уз позитивну нето садашњу вредност (NPV), док је конвенционални процес остао неисплатив.

Са становишта заштите животне средине, смањење вишка метанола директно смањује емисије испарљивих органских једињења и потрошњу топлотне енергије, усклађујући ултразвучну производњу биодизела са циљевима еколошке производње.

Преглед предности ултразвучног реактора за биодизел

(резултати упоредне студије, уп. Gholami et al., 2021)

Пројектовање, производња и саветовање – квалитет произведен у Немачкој

Ултразвучни уређаји Hielscher познати су по највишим стандардима квалитета и пројектовања. Робусност и једноставно руковање омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних уређаја у индустријска постројења. Ултразвучни уређаји Hielscher лако раде у тешким условима и захтевним окружењима.

Hielscher Ultrasonics је компанија сертификована према ISO стандардима и посебан нагласак ставља на ултразвучне уређаје високих перформанси које одликују најсавременија технологија и једноставност употребе. Наравно, ултразвучни уређаји Hielscher усклађени су са CE захтевима и испуњавају захтеве UL, CSA и RoHs.

Литература / Референце

• 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.