การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงานชีวภาพด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์กำลังสูง

การนำคลื่นเสียงความเข้มสูง (sonication) มาใช้ในการผลิตพลังงานหมุนเวียนถือเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านประสิทธิภาพของกระบวนการ โดยใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์คาวิเทชันทางเสียง เทคโนโลยีคลื่นเสียงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายโอนมวล ทำลายโครงสร้างเซลล์ และเร่งปฏิกิริยาเคมีในกระบวนการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพต่าง ๆ รวมถึงไบโอดีเซล ไบโอเอทานอล และไบโอแก๊ส
เชื้อเพลิงหมุนเวียนมีความต้องการเพิ่มขึ้นเนื่องจากราคาน้ํามันสูงขึ้นใหม่ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีอัลตราโซนิกในการผลิตเชื้อเพลิงสีเขียวเช่นไบโอดีเซลไบโอเอทานอลและก๊าซชีวภาพช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทางเทคนิคและเชิงพาณิชย์

ไบโอดีเซลจากน้ำมันพืชและไขมันสัตว์เหลือทิ้ง

ไบโอดีเซลเป็นเชื้อเพลิงที่สามารถผลิตได้ใหม่ ซึ่งสามารถใช้ในเครื่องยนต์ดีเซลเป็นทางเลือกแทนเชื้อเพลิงดีเซลที่ผลิตจากน้ำมันดิน ไบโอดีเซลผลิตขึ้นโดยกระบวนการเปลี่ยนเอสเทอร์จากวัตถุดิบต่าง ๆ เช่น น้ำมันพืช ไขมันสัตว์ หรือน้ำมันหล่อลื่น วัตถุดิบที่ใช้กันมากที่สุดคือน้ำมันจากถั่วเหลือง น้ำมันเรพซีด หรือน้ำมันจากสาหร่าย การผลิตไบโอดีเซลเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเชิงเร่งด้วยแอลกอฮอล์ (เมทานอลหรือเอทานอล) การผสมน้ำมัน ไขมัน หรือน้ำมันหล่อลื่นกับแอลกอฮอล์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มความเร็วและผลผลิตของปฏิกิริยาได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งช่วยลดค่าใช้จ่ายในการลงทุนและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน

• เร่งทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน: การใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วยลดเวลาการเกิดปฏิกิริยาในการผลิตไบโอดีเซลได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยมักทำให้เวลาดังกล่าวลดลงจากหลายชั่วโมงเหลือน้อยกว่าห้านาที
• การแยกที่ปรับปรุงให้ดีขึ้น: เทคโนโลยีนี้ช่วยปรับปรุงกระบวนการแยกกลีเซอรีนออกจากไบโอดีเซล โดยลดเวลาการตกตะกอนจากหลายชั่วโมงลงเหลือน้อยกว่า 15 นาที
• ผลผลิตที่สูงขึ้น: การรักษาด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสามารถช่วยเพิ่มอัตราผลผลิตไบโอดีเซลให้เกิน 99% ได้ โดยการรับประกันการผสมที่สมบูรณ์ของสารปฏิกิริยา

คลิกที่นี่เพื่ออ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ผสมอัลตราโซนิกสําหรับไบโอดีเซล!

ไบโอเอทานอลจากแป้งและน้ําตาล

ไบโอเอทานอลถูกใช้เป็นตัวเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมแทนน้ำมันเบนซิน โดยผลิตจากข้าวโพด ข้าวสาลี มันฝรั่ง อ้อย ข้าว และธัญพืชอื่น ๆ ผ่านกระบวนการหมัก ใช้ยีสต์เพื่อหมักแป้งและน้ำตาลที่มีอยู่ในพืชเหล่านี้ให้เป็นเอทานอล การสลายโครงสร้างเซลล์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิกและการสกัดสารภายในเซลล์ช่วยลดขนาดอนุภาคและเพิ่มพื้นที่ผิวที่สัมผัสกับเอนไซม์ในระหว่างกระบวนการทำให้เป็นของเหลว ซึ่งช่วยเพิ่มการดูดซึมของแป้งและน้ำตาล ส่งผลให้กระบวนการหมักเกิดขึ้นได้เร็วขึ้นและสมบูรณ์ยิ่งขึ้น จนได้เอทานอลในปริมาณที่มากขึ้น
การผลิตไบโอเอทานอลขึ้นอยู่กับกระบวนการสลายชีวมวลลิกโนเซลลูโลสอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อปล่อยน้ำตาลที่สามารถหมักได้ อัลตราซาวนด์ช่วยสนับสนุนกระบวนการนี้ในหลายด้าน:

• การไฮโดรไลซิสที่ได้รับการปรับปรุง: การเตรียมล่วงหน้าด้วยคลื่นอัลตราโซนิกช่วยเร่งการสลายตัวของอนุภาคพืชและเพิ่มการปล่อยกลูโคสจากน้ำข้าวโพดในโรงงานผลิตเอทานอลแบบบดแห้ง
• การหมักแบบกระตุ้น: มีการพิสูจน์แล้วว่าคลื่นอัลตราซาวนด์สามารถกระตุ้นการผลิตเอทานอลได้ระหว่างกระบวนการสลายน้ำตาลและหมักพร้อมกัน (SSF) ของวัสดุต่าง ๆ เช่น กระดาษสำนักงานที่ทิ้งแล้วแบบผสม
• ประสิทธิภาพการสกัด: อัลตราซาวนด์กำลังสูงมีประสิทธิภาพในการสกัดสารออกฤทธิ์ เช่น ซิลานและเฮเทอโรซิลาน จากแกนข้าวโพดและเปลือกข้าวโพด รวมถึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดน้ำมันจากถั่วเหลือง ซึ่งช่วยสนับสนุนห่วงโซ่การผลิตจากวัตถุดิบชีวภาพให้กว้างขวางยิ่งขึ้น

คลิกที่นี่เพื่ออ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ การสลายตัวของเซลล์ และ การสกัด!

ก๊าซชีวภาพจากของเสียและกากตะกอน

ขยะอินทรีย์เทศบาลกากตะกอนน้ําเสียโคลนและปุ๋ยคอกทําหน้าที่เป็นแหล่งก๊าซชีวภาพ การแปรรูปวัสดุดังกล่าวในถังย่อยแบบแอโรบิกหรือแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะเปลี่ยนวัสดุอินทรีย์เป็นก๊าซชีวภาพ เหนือเสียง การสลายตัวของวัสดุอินทรีย์ ก่อนการย่อยอาหารจะเปลี่ยนโครงสร้างของวัสดุ และปล่อยและกระตุ้นเอนไซม์ สิ่งนี้ช่วยเพิ่มการย่อยสารอินทรีย์ซึ่งนําไปสู่การแปรรูปที่เร็วขึ้นก๊าซมากขึ้นและกากตะกอนตกค้างน้อยลง สิ่งนี้จะช่วยเพิ่มความจุของถังย่อยที่มีอยู่และลดต้นทุนการกําจัด

ในกระบวนการย่อยสลายแบบไร้ออกซิเจน การเตรียมล่วงหน้าด้วยคลื่นอัลตราโซนิกถูกใช้เพื่อสลายชีวมวล (เช่น สลัดจ์ที่ผ่านการบำบัดแล้ว) เพื่อให้สารอินทรีย์สามารถถูกแบคทีเรียย่อยสลายได้ง่ายขึ้น

• การเพิ่มปริมาณก๊าซชีวภาพ: การใช้คลื่นเสียงได้พิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการเพิ่มปริมาณการผลิตก๊าซชีวภาพสะสม การศึกษาต่าง ๆ ได้รายงานว่าปริมาณการผลิตก๊าซชีวภาพเพิ่มขึ้นระหว่าง 26% ถึง 36% เมื่อเทียบกับกากตะกอนที่ยังไม่ได้รับการบำบัด
• การลดปริมาณสารแข็งที่ดีขึ้น: การรักษาด้วยคลื่นอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำลายสารแข็งที่ระเหยได้ (VS) ตัวอย่างเช่น อัตราการทำลาย VS สามารถเพิ่มขึ้นจาก 30% เป็น 35% หรือแม้กระทั่งสูงกว่านั้น (สูงสุดถึง 39%) ขึ้นอยู่กับปริมาณสารอินทรีย์และปริมาณพลังงานที่ป้อนเข้า
• การบูรณาการระบบน้ำเสีย: สารชีวภาพจากโรงบำบัดน้ำเสียในเขตเมืองและอุตสาหกรรม รวมถึงสารชีวภาพจากโรงผลิตก๊าซชีวภาพเอง สามารถได้รับการประมวลผลอย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการทำให้เสถียรและการกู้คืนพลังงาน

คลิกที่นี่เพื่ออ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ การสลายตัวของกากตะกอนอัลตราโซนิก!

การสลายตัวด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงของมูลสัตว์ก่อนการย่อยสลายแบบไร้อากาศช่วยเพิ่มปริมาณก๊าซชีวภาพ

สมดุลพลังงานอัลตราโซนิก

กระบวนการที่กล่าวถึงข้างต้นไม่ต้องการพลังงานอัลตราโซนิกมากนัก โดยทั่วไปแล้ว พลังงานส่วนเกินที่เกิดจากการใช้คลื่นอัลตราโซนิกจะชดเชยพลังงานที่ใช้ในการสร้างคลื่นอัลตราโซนิก อุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher มีประสิทธิภาพรวมมากกว่า 85% ซึ่งหมายความว่ามากกว่า 85% ของพลังงานไฟฟ้าถูกแปลงและส่งไปยังของเหลวในรูปแบบพลังงานกล ความต้องการพลังงานจริงของกระบวนการสามารถกำหนดได้ในระดับขนาดเล็ก โดยใช้เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิก 1kW ในระดับโต๊ะทดลอง ผลลัพธ์ทั้งหมดจากการทดลองแบบตั้งโต๊ะดังกล่าวสามารถขยายขนาดได้อย่างง่ายดาย Hielscher จัดหาอุปกรณ์การประมวลผลด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสำหรับอุตสาหกรรมทั่วโลก ด้วยเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกอุตสาหกรรมที่มีกำลังสูงสุดถึง 16kW ต่อเครื่องเดียว จึงไม่มีข้อจำกัดในด้านขนาดโรงงานหรือกำลังการผลิต