Переробка відпрацьованої олії для приготування їжі на надійне біопаливо для дизельних двигунів

Відпрацьована олія для приготування їжі є одним із найбільш привабливих видів сировини для виробництва біопалива на сьогодні. Вона є дешевою, широко доступною та допомагає вирішити проблему утилізації. Але вона також створює добре відому технологічну проблему: низькоякісна сировина, така як відпрацьована рослинна олія, відпрацьована олія для приготування їжі, жири для смаження, тваринні жири, яловичий жир або риб’ячі жири, важче переробляється ефективно, ніж рафінована первинна олія.

Нещодавнє дослідження ультразвуково-асистованого переетерифікації показує, як цю проблему можна подолати за допомогою ультразвукового змішування. Дослідники оптимізували виробництво біопалива з відпрацьованої олії для приготування їжі (WCO), а потім протестували отримане біопаливо та суміші біопалива з дизельним паливом у дизельному двигуні. Їхні висновки підтверджують два важливі твердження: по-перше, ультразвукова обробка дозволяє здійснювати швидке перетворення з високим виходом навіть для складної сировини; по-друге, отримані суміші біопалива з дизельним паливом можна використовувати в дизельних двигунах без модифікацій, з продуктивністю, близькою до дизельного палива, та покращеними показниками викидів.

Готові перетворити дешеву відпрацьовану олію на високоякісне біопаливо?

Ультразвукові реактори Hielscher для виробництва біопалива допомагають виробникам переробляти складну сировину, таку як відпрацьована олія для приготування їжі, жири для смаження, яловичий жир та риб’ячий жир, з більшою швидкістю реакції, коротшим часом перебування та підвищеною ефективністю процесу. Зв’яжіться з нами зараз, щоб обговорити вашу сировину, цільову потужність та конфігурацію реактора для безперервного виробництва біопалива за допомогою ультразвуку.

Чому низькоякісна сировина ускладнює виробництво біопалива

Дешева сировина для біопалива є привабливою, оскільки вартість сировини домінує в економіці виробництва. Опубліковане у 2025 році дослідження Belal та колег демонструє, що відпрацьовані олії та жири для приготування їжі можуть бути ефективно перероблені на біопаливо за допомогою ультразвукового змішування. Згодом біопаливо, вироблене за допомогою ультразвуку, було успішно використано в дизельних двигунах.
Хоча використання відпрацьованих олій дозволяє уникнути проблеми «їжа проти палива», пов’язаної з харчовими оліями, виклик полягає в тому, що низькоякісна сировина є більш мінливою та складнішою в обробці. При звичайному переетерифікації фази спирту та олії є незмішуваними, тому ефективність реакції значною мірою залежить від того, наскільки добре система може подолати обмеження масопереносу. Для деградованих або низькоякісних олій та жирів ці обмеження стають більш серйозними, що часто призводить до повільнішого перетворення, довшого часу перебування, складнішого фазового розділення та менш ефективної загальної обробки. Саме тут ультразвукове змішування стає справжнім проривом.

Чому ультразвукова обробка дозволяє використовувати низькоякісну сировину

Ультразвукова обробка дозволяє ефективніше переробляти низькоякісну сировину, таку як відпрацьована рослинна олія, відпрацьована олія для приготування їжі, жири для смаження, яловичий жир або риб’ячі жири, оскільки ультразвукова кавітація забезпечує значно кращий контакт між незмішуваними фазами олії та спирту, суттєво покращуючи змішування, а також тепло- та масоперенос. Крім того, ультразвукове змішування має як фізичні, так і хімічні ефекти: ультразвукова кавітація інтенсифікує реакційне середовище та може стимулювати утворення високоактивних радикалів, що додатково прискорює кінетику реакції та сприяє швидшому та повнішому переетерифікації.
Саме тому ультразвукова обробка є такою цінною для сировини нижчої якості. Вона компенсує обмеження, які зазвичай ускладнюють використання цієї сировини у звичайних системах.

Досягнення дослідження за допомогою ультразвукової обробки

Замість фокусування на невеликій лабораторній установці, ключовим результатом для промислових виробників біодизеля є інтенсифікація процесу, досягнута за допомогою ультразвукової обробки. За оптимізованих ультразвукових умов дослідження Belal et al. (2025) досягло виходу біодизеля 96,65%. У порівнянні зі звичайним еталонним методом авторів, переетерифікація за участі ультразвуку скоротила час реакції з 90 хвилин до 6 хвилин і зменшила час розділення біодизеля та гліцерину з 720 хвилин до 30 хвилин.
Це надзвичайно релевантні результати для промислового виробництва біодизеля, оскільки вони показують, що ультразвукова обробка не просто трохи покращує змішування – вона фундаментально прискорює конверсію та подальше розділення.

Ультразвуковий метод досягає приблизно 75% конверсії протягом перших 1,5 хвилин і виходить на плато приблизно 90% конверсії після 6 хвилин.
Звичайний метод демонструє значно повільнішу швидкість конверсії, досягаючи лише близько 40% конверсії після 8 хвилин.
Дослідження та графік: ©Fayyyazi et al. 2014

Як це транслюється в безперервний проточний процес виробництва біодизеля Hielscher

Для промислового впровадження ці висновки безпосередньо транслюються в переваги безперервного проточного ультразвукового виробництва біодизеля з промисловими соникаторами та реакторами Hielscher. Той самий механізм кавітації, продемонстрований у дослідженні – інтенсифіковане змішування, покращений міжфазний контакт, прискорений тепло- та масообмін і прискорена кінетика реакції – саме те, що забезпечує продуктивність у потокових ультразвукових реакторах.
У безперервному режимі роботи олія, спирт і каталізатор прокачуються через зону ультразвукового реактора, де високоінтенсивна кавітація безперервно диспергує та реагує фази. Це дозволяє скоротити час перебування, прискорити конверсію, забезпечити більш надійну обробку змінних дешевих сировинних матеріалів і прискорити подальше розділення. Для промислових виробників, які працюють з WCO, відпрацьованими жирами для смаження, тваринним жиром або риб’ячою олією, основний висновок зрозумілий: ультразвукова обробка робить складну сировину комерційно більш привабливою, забезпечуючи кращу конверсію за менший час.

Ультразвукова обробка покращує якість палива

Критичним моментом є те, що сирі відпрацьовані олії не є придатними паливами для двигунів. Термогравіметричний аналіз у дослідженні порівнював дизельне паливо, сире WCO, біодизель, виготовлений звичайним методом, і біодизель, вироблений за допомогою ультразвукового змішування. Автори виявили, що сире WCO мало найгіршу поведінку випаровування, тоді як біодизель, вироблений ультразвуковим методом, показав покращену поведінку випаровування порівняно з сирим WCO і навіть порівняно з біодизелем, виробленим традиційною переетерифікацією.
Це важливо, оскільки погане випаровування і погане розпилення є одними з основних причин, чому необроблені відпрацьовані олії можуть спричиняти забруднення форсунок, неповне згоряння та відкладення. У дослідженні зазначено, що сире WCO містило нерозчинні олігомери, які можуть пошкодити двигун, засмічуючи систему впорскування, тоді як належна переетерифікація суттєво покращує поведінку палива.

Чи можна використовувати суміші біодизеля та дизельного палива в дизельних двигунах без проблем?

Дослідження Belal et al. (2025) показує, що так, біодизель, вироблений ультразвуковим методом, можна використовувати у стандартних дизельних двигунах без проблем. Дослідники випробували суміші B10, B20, B30, B40 та B100 у дизельному двигуні при сталій швидкості під різним навантаженням. Їхній висновок полягав у тому, що дизельне паливо можна замінити біодизелем з WCO або сумішами біодизеля та дизельного палива без модифікації двигуна, і що B40 була рекомендованою сумішшю, оскільки вона поєднувала порівнянну продуктивність двигуна з чітко покращеними викидами.
Навіть якщо не кожен показник є ідентичним до викопного дизельного палива, суміші залишаються повністю придатними для використання у стандартній експлуатації дизельного двигуна, тоді як відмінності у продуктивності незначні, а переваги у викидах суттєві.

Різні суміші біодизеля/дизельного палива при навантаженні двигуна 10–100%. – Ліворуч: Варіація BSFC / Праворуч: Варіація BTE при різних сумішах біодизеля/дизельного палива при навантаженні двигуна 10–100%
Дослідження та графіки: ©Belal et al., 2025

Продуктивність двигуна: близька до дизельного палива, з незначними компромісами

У дослідженні виявлено, що суміші біодизеля забезпечували продуктивність двигуна, подібну до дизельного палива, з незначним збільшенням питомої витрати палива на гальмівний вал та незначним зниженням гальмівної термічної ефективності.
Ці зміни є очікуваними. Виміряні властивості показали, що біодизель з WCO мав вищу густину та в’язкість і нижчу теплотворну здатність, ніж дизельне паливо, хоча цетанове число в цьому дослідженні було таким самим. Це означає, що може знадобитися трохи більше палива для генерації тієї самої потужності, але двигун все одно працює в нормальному режимі на цих сумішах.
З практичної точки зору, це підтверджує аргумент про те, що суміші біодизеля є експлуатаційно придатними в дизельних двигунах, навіть коли вони вироблені з поганої сировини, такої як відпрацьована олія для смаження.

Емісії: суттєві переваги від додавання біодизеля

Результати щодо емісій демонструють найбільші переваги біодизеля.

При повному навантаженні B100 забезпечив найбільші зниження:

• CO: на 42,9%
• незгорілих вуглеводнів: на 29,9%
• оптичної щільності диму: на 42,1%

порівняно з чистим дизельним паливом.
Дослідження пояснює ці переваги вищим вмістом кисню та нижчим вмістом вуглецю в біодизелі, що сприяє більш повному згорянню та зменшує утворення сажі.

Що це означає для виробників біодизеля

Погана сировина є економічно привабливою, але її важче обробляти за допомогою традиційних технологій. Ультразвукова обробка змінює це рівняння, долаючи бар’єр масопереносу між олією та спиртом і драматично прискорюючи конверсію. У дослідженні це означало 96,65% виходу біодизеля, скорочення часу реакції з 90 хвилин до 6 хвилин та зменшення часу розділення з 12 годин до 30 хвилин.
Для безперервних промислових систем виробництва біодизеля це перетворюється на ключові переваги ультразвукової обробки Hielscher: вищу пропускну здатність, коротший час перебування, підвищену стійкість до варіабельності сировини та ефективніше виробництво з дешевих олій та жирів.

Ультразвуковий реактор UIP1000hdT для покращеної конверсії відпрацьованих олій та жирів у біодизель.

Ультразвукові реактори Hielscher для біодизеля з WCO

Дослідження показує, чому ультразвукові реактори Hielscher є таким потужним інструментом для виробництва біодизеля з поганої сировини. Ультразвукова кавітація інтенсифікує реакцію переетерифікації, покращуючи змішування, теплоперенесення, масоперенесення та кінетику реакції, що дозволяє швидко та ефективно конвертувати складну сировину, таку як відпрацьовані олії для смаження та інші деградовані олії і жири. За оптимізованих умов дослідження досягло 96,65% виходу біодизеля всього за 6 хвилин, з драматично швидшим розділенням гліцерину порівняно з традиційною обробкою.
Що так само важливо, отриманий біодизель був практичним у використанні в двигунах. Суміші біодизеля та дизельного палива показали продуктивність, близьку до традиційного дизельного палива, водночас суттєво знижуючи емісії CO, незгорілих вуглеводнів та диму. Рекомендована суміш B40 поєднувала порівнянну механічну продуктивність з найбільш збалансованою поведінкою емісій і могла використовуватися без модифікації двигуна.
Ультразвукові реактори Hielscher не просто прискорюють виробництво біодизеля – вони роблять дешеву сировину низької якості придатною для ефективної безперервної обробки та перетворюють відпрацьовані олії та жири на практичне паливо, готове для використання в двигунах.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну пропускну здатність ультразвукових реакторів Hielscher для виробництва біодизеля:

Економічні та екологічні наслідки використання ультразвукових змішувачів Hielscher для біодизеля

Техніко-економічна модель з Gholami et al. (2021) продемонструвала:

• Загальні інвестиційні витрати зменшено приблизно на 21%,
• Вартість продукту за тонну зменшено приблизно на 5%,
• Утворення відходів зменшено до однієї п’ятої частини від обсягу при механічному перемішуванні,
• Внутрішня ставка доходності (IRR) покращилася до 18,3% з позитивним NPV, тоді як традиційний процес залишався неекономічним.

З екологічної точки зору, зменшення надлишку метанолу безпосередньо знижує викиди летких органічних сполук та зменшує використання теплової енергії, узгоджуючи виробництво біодизеля за допомогою ультразвуку з цілями екологічно чистого виробництва.

Огляд переваг ультразвукового реактора для виробництва біодизеля

(результати порівняльного дослідження, див. Gholami et al., 2021)

Проєктування, виробництво та консалтинг – якість, зроблена в Німеччині

Ультразвукові соникатори Hielscher відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність та простота експлуатації дозволяють легко інтегрувати наші ультразвукові соникатори в промислові об’єкти. Жорсткі умови та складні середовища легко витримуються ультразвуковими соникаторами Hielscher.

Hielscher Ultrasonics – це компанія, сертифікована за ISO, яка приділяє особливу увагу високоефективним ультразвуковим соникаторам, що мають передові технології та зручний інтерфейс користувача. Звичайно, ультразвукові соникатори Hielscher відповідають вимогам CE та відповідають стандартам UL, CSA та RoHs.

Література / Посилання

• 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.