Från UCO till biodiesel med ultraljudsreaktorer

Använd matolja (UCO) har blivit en av de mest attraktiva råvarorna för hållbar biodieselproduktion. Omvandling av UCO till biodiesel, eller metylester av använd matolja, bidrar till att minska avfallsmängden, sänker råvarukostnaderna och stöder en mer cirkulär bränsleekonomi. För biodieselproducenter som söker effektiv processteknik erbjuder Hielschers ultraljudsreaktorer för biodiesel en kraftfull lösning för att intensifiera omförestrings- och förestringsprocesser.

Hielschers ultraljudsreaktorer för biodiesel används i stor utsträckning för att förbättra omvandlingen av billiga oljor och fetter till biodiesel av hög kvalitet. Genom att skapa intensiv blandning på mikroskopisk nivå påskyndar ultraljudskavitation kemiska reaktioner, förbättrar massöverföringen mellan icke blandbara faser och hjälper producenter att uppnå snabb, tillförlitlig och skalbar biodieseltillverkning.

UCOME – biodiesel från spilloljor

UCOME står för metylester av använd matolja. Det är ett biodieselbränsle som framställs genom att förbrukade matoljor omvandlas till fettsyrametylestrar genom en kemisk reaktion med metanol. Eftersom UCO är en återvunnen råvara är UCOME särskilt attraktivt ur både ekonomiskt och miljömässigt perspektiv.
Jämfört med jungfruliga vegetabiliska oljor erbjuder UCO tydliga kostnadsfördelar, men medför också utmaningar vid bearbetningen. Använd matolja innehåller ofta:

• Fria fettsyror (FFA)
• Vatten
• Matrester och föroreningar
• Oxidationsprodukter
• Varierande sammansättning beroende på ursprung och tidigare användning

Dessa faktorer gör processeffektivitet och reaktorprestanda särskilt viktiga. Här erbjuder ultraljudsreaktorer för biodiesel betydande fördelar.

 

I den här instruktionsvideon presenterar vi de vetenskapliga principerna bakom hur ultraljudsreaktorer för biodiesel avsevärt förbättrar biodieselproduktionen. Hielscher ultraljudsreaktorer för biodiesel är ett etablerat och kraftfullt verktyg för att förbättra produktionsprocessen för biodiesel. I videon går vi igenom funktionsprincipen och visar olika ultraljudskonfigurationer för alla produktionsskalor. Öka effektiviteten och kostnadseffektiviteten i er biodieselproduktion och uppnå större utbyte av högkvalitativ biodiesel genom snabb omvandling. Samtidigt gör ultraljudsreaktorer för biodiesel det möjligt att använda oljor av låg kvalitet, såsom vegetabiliska spilloljor eller förbrukat matlagningsfett, och bidrar till att minska förbrukningen av metanol och katalysator, vilket främjar en miljövänlig och hållbar biodieselproduktion.

 

Hur ultraljudsreaktorer för biodiesel förbättrar omvandlingen av UCO till UCOME

Traditionell biodieselproduktion bygger ofta på mekanisk omrörning och värme för att föra olja, alkohol och katalysator i kontakt med varandra. Eftersom olja och metanol inte blandas väl kan konventionella reaktorer drabbas av låga reaktionshastigheter, ofullständig omvandling, högre kemikalieförbrukning och längre uppehållstider.
Hielschers ultraljudsreaktorer använder högintensivt ultraljud för att generera kavitation i vätskan. Kavitation skapar mikroskopiska blandningszoner med extremt höga skjuvkrafter. Detta finfördelar metanolen till mycket små droppar i oljefasen och skapar en mycket större gränsyta för reaktionen.

Resultatet är en kraftigt intensifierad biodieselprocess med viktiga fördelar:

• Snabbare omförestring och förestring
• Förbättrad omvandlingseffektivitet
• Bättre utnyttjande av metanol och katalysator
• Kortare reaktionstid
• Möjlighet till kontinuerlig inlinebearbetning
• Enkel uppskalning från pilotproduktion till industriell produktion

För UCO-råvaror med förhöjd FFA-halt är ultraljud särskilt fördelaktigt eftersom det förbättrar både syrakatalyserade förestringssteg och baskatalyserade omförestringssteg.

Från UCO till biodiesel: processöversikt

Omvandlingen av använd matolja till biodiesel omfattar i allmänhet flera processteg. Hielschers ultraljudsreaktorer för biodiesel kan integreras i processupplägg med ett eller två steg beroende på råvarans kvalitet.

En typisk process för omvandling av UCO till biodiesel omfattar:

• Insamling och lagring av använd matolja
• Filtrering för att avlägsna fasta ämnen och matpartiklar
• Torkning eller avvattning för att minska fukthalten
• FFA-analys för att fastställa vilken reaktionsväg som krävs
• Förestring av fria fettsyror vid hög FFA-halt
• Omförestring med metanol för att bilda metylestrar
• Separering av biodiesel och glycerol
• Tvättning eller torr rening av biodiesel
• Slutrening för att uppfylla specifikationerna för bränslekvalitet

Vid höga FFA-halter används ofta en förbehandling med förestring för att omvandla fria fettsyror till estrar före det huvudsakliga omförestringssteget. Ultraljudsbearbetning kan påskynda båda stegen och förbättra anläggningens totala produktivitet. Läs mer om ultraljudsassisterad omvandling till biodiesel i två steg!

Varför Hielschers ultraljudsreaktorer är väl lämpade för UCOME-biodiesel

Hielschers ultraljudsreaktorer är konstruerade för industriell vätskebearbetning och är särskilt effektiva i biodieseltillämpningar där blandningen av två vätskefaser styr reaktionshastigheten. I stället för att enbart förlita sig på omrörning av hela vätskevolymen skapar ultraljud intensiv, lokaliserad energi exakt där den behövs.
Detta ger producenterna flera praktiska fördelar.

• Utmärkt blandning av olja och metanol
  En av de viktigaste begränsningarna vid biodieselproduktion är den dåliga blandbarheten mellan olja och metanol. Hielschers ultraljudsreaktorer skapar en mycket fin emulsion, vilket avsevärt förbättrar kontakten mellan reaktanterna. Bättre kontakt innebär snabbare reaktionskinetik och högre omvandlingsgrad.
• Hög prestanda med svårbearbetade råvaror
  UCO är inte en enhetlig råvara. Vattenhalten, halten av fria fettsyror (FFA) och föroreningsbelastningen kan variera från sats till sats. Hielschers reaktorer hjälper till att kompensera för dessa variationer genom att intensifiera reaktionsmiljön, vilket gör processen mer robust och anpassningsbar.
• Kortare uppehållstid
  Eftersom ultraljud påskyndar förestring och omförestring kan producenter ofta uppnå den önskade omvandlingsgraden på kortare tid än med konventionella omrörda system. Detta kan minska den erforderliga reaktorvolymen och öka genomströmningen.
• Kontinuerlig inlinedrift
  Hielschers ultraljudsreaktorer för biodiesel är idealiska för kontinuerlig bearbetning. Reaktorkonfigurationer för inlinedrift möjliggör produktion under stationära förhållanden med reproducerbar kvalitet, vilket är mycket värdefullt för kommersiella biodieselanläggningar.
• Enkel uppskalning
  En stor fördel med Hielschers teknik är linjär uppskalning. Processparametrar som fastställts vid laboratorie- eller pilotförsök kan överföras till större produktionssystem med större förutsägbarhet. Detta minskar utvecklingsrisken och förenklar planeringen av utbyggnad.
• Industriell driftsäkerhet
  Hielschers system är konstruerade för krävande industriell drift. För biodieselproducenter innebär detta tillförlitlig reaktorprestanda, reproducerbara resultat och kompatibilitet med automatiserade processlinjer.
• Produktion av biodiesel enligt ASTM D6751 och EN 14214
  Kommersiella biodieselproducenter strävar ofta efter att uppfylla bränslekvalitetsspecifikationer som ASTM D6751 och EN 14214. Dessa standarder definierar kritiska egenskaper, däribland esterhalt, viskositet, flampunkt, syratal, vattenhalt, oxidationsstabilitet, gränsvärden för föroreningar och glycerolhalter.

 
Läs om hur ultraljudsproducerad biodiesel fungerar i dieselförbränningsmotorer!

Hielschers ultraljudsreaktorer för biodiesel används i produktionsprocesser för biodiesel som är utformade för att uppnå bränslekvalitet enligt ASTM D6751 och EN 14214. I sin studie som publicerades 2020 visade Bastante-Saez och kollegor att biodiesel framställd av avfallsfetter från kebab med hjälp av en ultraljudsreaktor från Hielscher gav höga utbyten av fettsyrametylestrar (FAME). FAME-utbytena var högre (97,42% w/w för kycklingfett och 96,98 för nöt- och lammfett) än det lägsta gränsvärde som fastställts i den europeiska standarden EN 14214 (dvs. minst 96,5% w/w).

 

 

Småskalig biodiesel för jordbruk och användare utan anslutning till elnätet

I vissa länder eller regioner är reglerna för biodiesel begränsade eller tillämpas inte på små privata användare. Jordbrukare och utrustningsägare kan producera mindre mängder biodiesel av använd matolja för förbrukning på plats i traktorer, generatorer, värmare eller annan dieseldriven jordbruksutrustning.
I dessa fall är målet ofta att ersätta bränsle i praktisk användning snarare än certifierad kommersiell försäljning. Ultraljudsreaktorer för biodiesel kan också vara attraktiva för sådan decentraliserad produktion eftersom de erbjuder:

• Korta reaktionstider
• Effektiv omvandling med kompakt utrustning
• God lämplighet för varierande råvaror av förbrukad olja
• Minskat beroende av stora omrörda tankar
• Potential för modulära processanläggningar

Samtidigt är det viktigt att tydligt ange att biodiesel som inte uppfyller specifikationerna kanske inte är lämplig för alla motorer, kanske inte uppfyller lokala lagkrav och kan medföra problem med lagring, materialkompatibilitet, utsläpp eller motorgarantier. Där det finns standarder för biodiesel bör bränslet testas och produceras enligt dessa innan det används i reglerade tillämpningar eller vägfordon.

 

 

Ekonomiska fördelar med ultraljudsbaserad produktion av biodiesel från UCO

Råvarukostnaden är en av de största variablerna i biodieselproduktionens ekonomi. Eftersom använd matolja i allmänhet är billigare än raffinerade vegetabiliska oljor ger den stor potential för kostnadsbesparingar. Dessa besparingar kan dock gå förlorade om processen är långsam, kemiskt ineffektiv eller inte kan hantera variationer i råvaran.
Hielschers ultraljudsreaktorer för biodiesel bidrar till att säkra lönsamheten genom att förbättra reaktionseffektiviteten och anläggningens produktivitet. Potentiella ekonomiska fördelar omfattar:

• Bättre utnyttjande av billiga UCO-råvaror
• Ökad genomströmning
• Kortare reaktionstid
• Lägre energibehov för blandning jämfört med ineffektiv omrörning av hela vätskevolymen
• Förbättrad processjämnhet
• Enklare integration i kontinuerliga produktionslinjer

För producenter som vill skala upp produktionen av biodiesel från spillolja kan denna kombination av råvaruflexibilitet och processintensifiering vara mycket värdefull.

Omvandla UCO effektivt till UCOME-biodiesel med Hielschers ultraljudsreaktorer!

Att omvandla använd matolja till UCOME är ett smart sätt att framställa förnybart bränsle från avfall och samtidigt förbättra hållbarheten och sänka råvarukostnaderna. Eftersom UCO ofta är svårare att bearbeta än oanvända oljor spelar reaktortekniken en avgörande roll för att uppnå effektiv och tillförlitlig biodieselproduktion.
Hielschers ultraljudsreaktorer för biodiesel intensifierar reaktionen mellan olja och metanol genom kavitationsdriven blandning och massöverföring. Detta möjliggör snabbare förestring och omförestring, bättre hantering av varierande UCO-råvaror och skalbar inlineproduktion av biodiesel.
För kommersiella producenter används Hielschers ultraljudssystem i biodieselprocesser som är utformade för att producera bränsle som uppfyller ASTM D6751 och EN 14214. För lantbrukare och små användare i länder utan regler för biodiesel kan ultraljudsreaktorer också möjliggöra produktion av mindre mängder biodiesel med kompakt utrustning för användning i lokal utrustning, med beaktande av att bränsle som inte uppfyller specifikationerna bör användas med försiktighet och i enlighet med lokala krav och motorernas kompatibilitet.
Om ditt mål är effektiv produktion från UCO till UCOME erbjuder Hielschers ultraljudsreaktorer för biodiesel en kraftfull och skalbar teknikplattform för modern biodieselproduktion.

Tabellen nedan ger en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos Hielschers ultraljudsreaktorer för biodiesel:

Flödeshastighet	Effekt
20 – 100L/hr	1kW
80 – 400L/hr	4x1kW
0,3 – 1,5m³/hr	4x4kW
2 – 10m³/hr	6x16kW
20 – 100m³/hr	62x16kW

Varför är Hielscher ett starkt val för biodieselproducenter?

Hielscher är känt för industriell ultraljudsteknik som är utformad för verkliga processtillämpningar. Vid biodieselproduktion erbjuder Hielschers ultraljudsreaktorer ett praktiskt sätt att intensifiera UCO-omvandlingen, förbättra blandningen av metanol och olja och stödja effektiv produktion av biodiesel från spilloljor och fetter.

Viktiga skäl till att producenter väljer Hielscher omfattar:

• Beprövad expertis inom ultraljud
• Inlinekonstruktioner av reaktorer för kontinuerlig biodieselproduktion
• Lämplighet för förestring och omförestring
• Goda möjligheter till uppskalning från laboratorium till produktion
• Robust utrustning för industrimiljöer
• Effektiv bearbetning av krävande råvaror såsom använd matolja

Konstruktion, tillverkning och rådgivning – kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielschers ultraljudsapparater är välkända för sina högsta kvalitets- och konstruktionsstandarder. Robusthet och enkel användning möjliggör en smidig integration av våra ultraljudsapparater i industrianläggningar. Hielschers ultraljudsapparater klarar enkelt tuffa förhållanden och krävande miljöer.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken och god användarvänlighet. Självklart är Hielschers ultraljudsapparater CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.

---

---

Litteratur / Referenser

• 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.
• M. Maghami, S.M. Sadrameli, B. Ghobadian (2015): Production of biodiesel from fishmeal plant waste oil using ultrasonic and conventional methods. Applied Thermal Engineering, Volume 75,
  2015. 575-579.
• Veera Gnaneswar Gude, Georgene Elizabeth Grant (2013): Biodiesel from waste cooking oils via direct sonication. Applied Energy, Volume 109, 2013. 135-144.
• Medeiros, Eliane; Vieira, Bruno; Pereira, Cláudio; Nadaleti, Willian; Quadro, Maurizio; Andreazza, Robson (2019): Production of biodiesel using oil obtained from fish processing residue by conventional methods assisted by ultrasonic waves: Heating and stirring. Renewable Energy 2019.
• Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences ; Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
• 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.
• Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).