Підвищення ефективності виробництва біоенергії за допомогою потужного ультразвуку

Застосування ультразвуку високої інтенсивності (сонікації) у виробництві відновлюваної енергії є значним кроком уперед у підвищенні ефективності технологічних процесів. Завдяки використанню акустичної кавітації ультразвукова технологія покращує масообмін, руйнує клітинні структури та прискорює хімічні реакції в різних технологічних ланцюгах виробництва біопалива, зокрема біодизеля, біоетанолу та біогазу.
Поновлювані види палива користуються все більшим попитом, оскільки ціни на нафту досягають нових висот. Застосування ультразвукових технологій для виробництва екологічно чистого палива, такого як біодизель, біоетанол та біогаз, покращує технічну та комерційну ефективність.

Біодизель із відпрацьованої рослинної олії та тваринного жиру

Біодизель — це відновлюване паливо, яке можна використовувати в дизельних двигунах як альтернативу дизельному паливу, виготовленому з нафти. Біодизель виробляють шляхом переестерифікації таких сировинних матеріалів, як рослинні олії, тваринні жири або мастила. Найпоширенішими видами сировини є соєве, рапсове або водоростеве масло. Виробництво біодизеля передбачає каталітичну реакцію зі спиртом (метанолом або етанолом). Ультразвукове змішування олії, жиру або мастила зі спиртом значно підвищує швидкість реакції та вихід продукту. Це дозволяє зменшити інвестиційні та експлуатаційні витрати.

• Прискорена переетерифікація: Ультразвукове опромінення значно скорочує час реакції при виробництві біодизеля, часто зменшуючи його з кількох годин до менше ніж п’яти хвилин.
• Покращене розділення: Ця технологія покращує процес відділення гліцерину від біодизеля, скорочуючи час осідання з кількох годин до менше ніж 15 хвилин.
• Вищі врожаї: Ультразвукова обробка може сприяти отриманню виходу біодизеля, що перевищує 99 %, завдяки забезпеченню ретельного перемішування реагентів.

Натисніть тут, щоб прочитати більше про ультразвукові змішувальні реактори для біодизеля!

Біоетанол з крохмалю та цукру

Біоетанол використовується як екологічна альтернатива бензину. Його отримують шляхом ферментації з кукурудзи, пшениці, картоплі, цукрової тростини, рису та інших зернових культур. Для ферментації крохмалю та цукрів, що містяться в цих культурах, з метою отримання етанолу використовують дріжджі. Ультразвукове руйнування клітинних структур та екстракція внутрішньоклітинного матеріалу зменшують розмір частинок і забезпечують набагато більшу площу поверхні, доступну для дії ферментів під час розрідження. Це покращує біодоступність крохмалю та цукру і призводить до швидшого та повнішого бродіння, що забезпечує більший вихід етанолу.
Виробництво біоетанолу значною мірою залежить від ефективного розщеплення лігноцелюлозної біомаси з метою вивільнення цукрів, придатних для бродіння. Ультразвук сприяє цьому процесу кількома способами:

• Посилений гідроліз: Ультразвукова попередня обробка сприяє руйнуванню рослинних частинок і покращує вивільнення глюкози з кукурудзяної суспензії на заводах з виробництва етанолу методом сухого подрібнення.
• Стимульоване бродіння: Доведено, що ультразвук стимулює виробництво етанолу під час одночасного оцукрювання та бродіння (SSF) таких матеріалів, як змішані відходи офісного паперу.
• Ефективність екстракції: Ультразвук високої потужності є ефективним засобом для вилучення активних компонентів, таких як ксилан і гетероксилан, з кукурудзяних качанів і лушпиння, а також для підвищення ефективності вилучення олії з соєвих бобів, що сприяє розширенню біоорієнтованих виробничих ланцюгів.

Натисніть тут, щоб дізнатися більше про розпад клітин і Видобуток!

Біогаз з відходів та шламу

Джерелом біогазу служать побутові органічні відходи, осади стічних вод, бруд і гній. Переробка такого матеріалу в аеробних або анаеробних реакторах перетворює органічний матеріал на біогаз. Ультразвукові розпад органічного матеріалу Перед травленням змінюється структура матеріалу, а також вивільняються і активуються ферменти. Це покращує перетравлення органічного матеріалу, що призводить до швидшої переробки, більшої кількості газу та меншої кількості залишкового мулу. Це, в свою чергу, збільшує потужність існуючих варильних котлів і знижує витрати на утилізацію.

У процесі анаеробного розкладання ультразвукова попередня обробка застосовується для руйнування біомаси (наприклад, відходів активного мулу) з метою полегшення доступу бактерій до органічних речовин.

• Збільшення виходу біогазу: Доведено, що ультразвукова обробка ефективно сприяє збільшенню сумарного обсягу виробництва біогазу. За даними досліджень, порівняно з необробленим осадом, обсяг виробництва біогазу збільшується на 26–36 %.
• Покращене зменшення вмісту твердих речовин: Ультразвукова обробка сприяє підвищенню ступеня руйнування летких твердих речовин (VS). Наприклад, ступінь руйнування VS може зрости з 30 % до 35 % або навіть вище (до 39 %), залежно від органічного навантаження та кількості введеної енергії.
• Інтеграція систем очищення стічних вод: Біоосади, що утворюються на станціях очищення міських та промислових стічних вод, а також на самих біогазових установках, можна ефективно переробляти за допомогою ультразвукових реакторів з метою оптимізації процесу стабілізації та рекуперації енергії.

Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукове розпад шламу!

Ультразвукова дезінтеграція гною перед анаеробним зброджуванням покращує вихід біогазу.

Ультразвуковий енергетичний баланс

Зазначені вище процеси не вимагають значних витрат ультразвукової енергії. Як правило, надлишок енергії, що утворюється в результаті ультразвукової обробки, компенсує енергію, витрачену на генерацію ультразвуку. Ультразвукові пристрої Hielscher мають загальний ККД понад 85%. Це означає, що понад 85% електричної енергії перетворюється та передається рідині у вигляді механічної енергії. Фактичну енергетичну потребу процесу можна визначити в невеликих масштабах за допомогою настільного ультразвукового процесора потужністю 1 кВт. Усі результати таких лабораторних випробувань можна легко масштабувати. Компанія Hielscher постачає промислове обладнання для ультразвукової обробки по всьому світу. Завдяки промисловим ультразвуковим гомогенізаторам потужністю до 16 кВт на один сонікатор немає обмежень щодо розміру установки або виробничої потужності.