Effektivare bioenergiproduktion med högeffektsultraljud

Användningen av högintensivt ultraljud (ultraljudsbehandling) vid produktion av förnybar energi innebär ett betydande framsteg för processeffektiviteten. Genom att utnyttja akustisk kavitation förbättrar ultraljudstekniken massöverföringen, bryter sönder cellstrukturer och påskyndar kemiska reaktioner i olika processer för produktion av biodrivmedel, däribland biodiesel, bioetanol och biogas.
Efterfrågan på förnybara bränslen ökar när oljepriserna når nya höjder. Användningen av ultraljudsteknik vid produktion av gröna bränslen, som biodiesel, bioetanol och biogas, förbättrar den tekniska och ekonomiska effektiviteten.

Biodiesel från använd vegetabilisk olja och animaliskt fett

Biodiesel är ett förnybart bränsle som kan användas i dieselmotorer som ett alternativ till dieselbränsle framställt av petroleum. Biodiesel framställs genom omförestring av råvaror som vegetabiliska oljor, animaliska fetter eller annat fett. Vanligast är råvaror som sojaolja, rapsolja eller algolja. Tillverkningen av biodiesel innefattar en katalytisk reaktion med alkohol (metanol eller etanol). Ultraljudsblandning av oljan eller fettet med alkoholen förbättrar reaktionshastigheten och utbytet avsevärt. Detta minskar investerings- och driftskostnaderna.

• Snabbare omförestring: Ultraljudsbestrålning minskar reaktionstiden vid biodieselproduktion avsevärt, ofta från timmar till mindre än fem minuter.
• Förbättrad separation: Tekniken förbättrar separationen av glycerin från biodiesel och minskar sedimenteringstiderna från flera timmar till under 15 minuter.
• Högre utbyte: Ultraljudsbehandling kan bidra till biodieselutbyten på över 99% genom att säkerställa grundlig blandning av reaktanterna.

Klicka här för att läsa mer om ultraljudsblandningsreaktorer för biodiesel!

Bioetanol från stärkelse och socker

Bioetanol används som ett grönt alternativ till bensin. Den framställs genom jäsning av majs, vete, potatis, sockerrör, ris och andra spannmål. Jäst används för att jäsa stärkelsen och sockret i dessa grödor till etanol. Sönderdelning av cellstrukturer och extraktion av intracellulärt material med ultraljud minskar partikelstorleken och exponerar en mycket större yta för enzymer under förvätskningen. Detta förbättrar biotillgängligheten hos stärkelse och socker och ger snabbare och mer fullständig jäsning, vilket leder till mer etanol.
Bioetanolproduktion är i hög grad beroende av effektiv nedbrytning av lignocellulosisk biomassa för att frigöra jäsbara sockerarter. Ultraljud underlättar denna process på flera sätt:

• Förbättrad hydrolys: Förbehandling med ultraljud underlättar sönderdelningen av växtpartiklar och förbättrar frisättningen av glukos från majsslam i etanolanläggningar som använder torrmalning.
• Stimulerad jäsning: Ultraljud har visat sig stimulera etanolproduktionen vid samtidig försockring och jäsning (SSF) av material som blandat kasserat kontorspapper.
• Extraktionseffektivitet: Högeffektsultraljud är effektivt för att extrahera aktiva komponenter som xylan och heteroxylan från majskolvar och majsskal samt för att förbättra oljeextraktionen från sojabönor, vilket stöder bredare biobaserade produktionskedjor.

Klicka här för att läsa mer om cellsönderdelning och extraktion!

Biogas från avfall och slam

Kommunalt organiskt avfall, avloppsslam, dynga och stallgödsel fungerar som råvaror för biogas. Behandlingen av sådant material i aeroba eller anaeroba nedbrytningsreaktorer omvandlar det organiska materialet till biogas. Ultraljudsbaserad sönderdelning av det organiska materialet före nedbrytningen förändrar materialets struktur samt frigör och aktiverar enzymer. Detta förbättrar nedbrytningen av det organiska materialet och leder till snabbare bearbetning, mer gas och mindre restslam. Detta ökar i sin tur kapaciteten hos befintliga nedbrytningsreaktorer och minskar kostnaderna för bortskaffande.

Vid anaerob nedbrytning används förbehandling med ultraljud för att sönderdela biomassa (som överskottsaktivslam) så att det organiska materialet blir mer tillgängligt för bakterier.

• Ökat biogasutbyte: Ultraljudsbehandling har visat sig vara effektiv för att öka den kumulativa biogasproduktionen. Studier har rapporterat ökningar av biogasproduktionen på mellan 26% och 36% jämfört med obehandlat slam.
• Förbättrad reduktion av fast material: Ultraljudsbehandling förbättrar nedbrytningen av flyktig substans (VS). Till exempel kan nedbrytningen av VS öka från 30% till 35% eller ännu högre (upp till 39%) beroende på den organiska belastningen och energitillförseln.
• Integrering med avloppsrening: Bioslam från kommunala och industriella avloppsreningsverk, liksom från själva biogasanläggningarna, kan behandlas effektivt med ultraljudsreaktorer för att optimera stabiliserings- och energiåtervinningsprocessen.

Klicka här för att läsa mer om slamsönderdelning med ultraljud!

Sönderdelning av stallgödsel med ultraljud före anaerob nedbrytning förbättrar biogasutbytet.

Energibalans vid ultraljudsbehandling

De processer som nämns ovan kräver inte mycket ultraljudsenergi. I allmänhet kompenserar energiöverskottet till följd av ultraljudsbehandlingen för den energi som används för att generera ultraljudet. Hielschers ultraljudsapparater har en total verkningsgrad på mer än 85%. Det innebär att mer än 85% av den elektriska energin omvandlas och överförs till vätskan i form av mekanisk energi. En process faktiska energibehov kan fastställas i liten skala med en ultraljudsprocessor på 1kW i bänkskala. Alla resultat från sådana försök i bänkskala kan enkelt skalas upp. Hielscher levererar industriell utrustning för ultraljudsbehandling över hela världen. Med industriella ultraljudshomogenisatorer med en effekt på upp till 16kW per enskild ultraljudsapparat finns det ingen gräns för anläggningsstorlek eller bearbetningskapacitet.