Ökad effektivitet i bioenergiproduktionen med hjälp av kraftfullt ultraljud

Användningen av högintensivt ultraljud (sonikering) inom produktionen av förnybar energi innebär ett betydande framsteg när det gäller processeffektiviteten. Genom att utnyttja akustisk kavitation förbättrar ultraljudstekniken massöverföringen, bryter ned cellstrukturer och påskyndar kemiska reaktioner i olika produktionsprocesser för biobränslen, däribland biodiesel, bioetanol och biogas.
Efterfrågan på förnybara bränslen ökar i takt med att oljepriserna når nya höjder. Tillämpningen av ultraljudsteknik för produktion av gröna bränslen, som biodiesel, bioetanol och biogas förbättrar den tekniska och kommersiella effektiviteten.

Biodiesel från spillolja och animaliskt fett

Biodiesel är ett förnybart bränsle som kan användas i dieselmotorer som ett alternativ till dieselbränsle framställt av petroleum. Biodiesel framställs genom transesterifiering av råvaror såsom vegetabiliska oljor, animaliska fetter eller fett. De vanligaste råvarorna är sojabönor, raps eller algeolja. Tillverkningen av biodiesel innebär en katalytisk reaktion med alkohol (metanol eller etanol). Ultraljudsblandning av oljan, fettet eller smörjfettet med alkoholen förbättrar reaktionshastigheten och utbytet avsevärt. Detta minskar investerings- och driftskostnaderna.

• Accelererad transesterifiering: Ultraljudsbehandling förkortar reaktionstiden vid produktion av biodiesel avsevärt, ofta från flera timmar till mindre än fem minuter.
• Förbättrad separering: Tekniken förbättrar separationen av glycerin från biodiesel, vilket minskar sedimenteringstiden från flera timmar till under 15 minuter.
• Högre avkastning: Ultraljudsbehandling kan bidra till att biodieselutbytet överstiger 99 % genom att säkerställa en grundlig blandning av reaktanterna.

Klicka här för att läsa mer om ultraljudsblandningsreaktorer för biodiesel!

Bioetanol från stärkelse och socker

Bioetanol används som ett miljövänligt alternativ till bensin. Det framställs genom jäsning av majs, vete, potatis, sockerrör, ris och andra spannmål. Jäst används för att jäsa stärkelse och sockerarter som finns i dessa grödor till etanol. Ultraljudsnedbrytning av cellstrukturer och extraktion av intracellulärt material minskar partikelstorleken och exponerar en mycket större yta för enzymer under förvätskningen. Detta förbättrar biotillgängligheten av stärkelse och socker och resulterar i en snabbare och mer fullständig jäsning, vilket leder till mer etanol.
Produktionen av bioetanol är i hög grad beroende av en effektiv nedbrytning av lignocellulosahaltig biomassa för att frigöra fermenterbara sockerarter. Ultraljud underlättar denna process på flera sätt:

• Förbättrad hydrolys: Förbehandling med ultraljud underlättar nedbrytningen av växtpartiklar och förbättrar glukosfrisättningen från majsslam i etanolanläggningar med torrmalning.
• Stimulerad jäsning: Ultraljud har visat sig stimulera etanolproduktionen vid samtidig sackarifiering och jäsning (SSF) av material såsom blandat kontorsavfallspapper.
• Utvinningseffektivitet: Högfrekvent ultraljud är effektivt för att extrahera aktiva beståndsdelar som xylan och heteroxylan från majskolvar och majsskal, samt för att förbättra oljeutvinningen från sojabönor, vilket bidrar till bredare biobaserade produktionskedjor.

Klicka här för att läsa mer om Cellernas sönderfall och Extraktion!

Biogas från avfall och slam

Kommunalt organiskt avfall, avloppsslam, gödsel och gödsel fungerar som en källa till biogas. Bearbetningen av sådant material i aeroba eller anaeroba rötkammare omvandlar det organiska materialet till biogas. Ultraljuds sönderfall av det organiska materialet före nedbrytning förändrar materialets struktur och frigör och aktiverar enzymer. Detta förbättrar rötningen av det organiska materialet vilket leder till snabbare bearbetning, mer gas och mindre restslam. Detta ökar i sin tur kapaciteten hos befintliga rötkammare och minskar kostnaderna för bortskaffande.

Vid anaerob rötning används ultraljudsförbehandling för att bryta ned biomassa (till exempel avfallsaktiverat slam) och göra det organiska materialet mer tillgängligt för bakterierna.

• Ökad biogasproduktion: Ultraljudsbehandling har visat sig vara ett effektivt sätt att öka den sammanlagda biogasproduktionen. Studier har visat att biogasproduktionen ökar med mellan 26 % och 36 % jämfört med obehandlat slam.
• Förbättrad reducering av fasta ämnen: Ultraljudsbehandling förbättrar nedbrytningen av flyktiga fasta ämnen (VS). Nedbrytningen av VS kan till exempel öka från 30 % till 35 % eller ännu högre (upp till 39 %), beroende på den organiska belastningen och energitillförseln.
• Integrering av avloppsvatten: Biosolider från avloppsreningsverk för kommunalt och industriellt avloppsvatten, liksom från biogasanläggningarna själva, kan behandlas effektivt med hjälp av ultraljudsreaktorer för att optimera stabiliserings- och energiåtervinningsprocessen.

Klicka här för att läsa mer om Ultraljud slam sönderfall!

Ultraljudsdesintegrering av djurgödsel före anaerob rötning förbättrar biogasutbytet.

Ultraljud energi balans

De ovan nämnda processerna kräver inte särskilt mycket ultraljudsenergi. I allmänhet kompenserar den överskottsenergi som uppstår till följd av ultraljudsbehandlingen för den energi som används för att alstra ultraljudet. Hielschers ultraljudsenheter har en total verkningsgrad på över 85 %. Detta innebär att mer än 85 % av den elektriska energin omvandlas och överförs till vätskan i form av mekanisk energi. Det faktiska energibehovet för en process kan fastställas i liten skala med hjälp av en 1 kW ultraljudsprocessor i bänkskalsformat. Alla resultat från sådana bänkskalförsök kan enkelt skalas upp. Hielscher levererar industriell utrustning för ultraljudsbehandling över hela världen. Med industriella ultraljudshomogenisatorer med en effekt på upp till 16 kW per enskild sonikator finns det inga begränsningar vad gäller anläggningsstorlek eller bearbetningskapacitet.