Підвищення ефективності виробництва біоенергії за допомогою потужного ультразвуку

Застосування високоінтенсивного ультразвуку (ультразвукова обробка) у виробництві відновлюваної енергії є значним прогресом у підвищенні ефективності процесів. Використовуючи акустичну кавітацію, ультразвукова технологія покращує масоперенесення, руйнує клітинні структури та прискорює хімічні реакції в різних шляхах виробництва біопалива, включаючи біодизель, біоетанол і біогаз.
Попит на відновлюване паливо зростає, оскільки ціни на нафту досягають нових висот. Застосування ультразвукової технології у виробництві екологічно чистого палива, такого як біодизель, біоетанол і біогаз, покращує технічну та комерційну ефективність.

Біодизель з відпрацьованої рослинної олії та тваринних жирів

Біодизель – це відновлюване паливо, яке можна використовувати в дизельних двигунах як альтернативу дизельному паливу, виробленому з нафти. Біодизель виробляють шляхом переетерифікації з таких джерел, як рослинні олії, тваринні жири або мастила. Найпоширенішими є сировинні матеріали, такі як соєва, ріпакова або олія з водоростей. Виробництво біодизелю включає каталітичну реакцію зі спиртом (метанолом або етанолом). Ультразвукове змішування олії, жиру або мастила зі спиртом значно покращує швидкість реакції та вихід продукту. Це зменшує інвестиційні та експлуатаційні витрати.

• Прискорена переетерифікація: Ультразвукове опромінення значно скорочує час реакції для виробництва біодизелю, часто зменшуючи його з кількох годин до менш ніж п’яти хвилин.
• Покращене розділення: Ця технологія покращує відділення гліцерину від біодизелю, скорочуючи час осадження з кількох годин до менш ніж 15 хвилин.
• Вищі виходи: Ультразвукова обробка може забезпечити вихід біодизелю понад 99%, гарантуючи ретельне змішування реагентів.

Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукові реактори змішування для біодизелю!

Біоетанол з крохмалю та цукру

Біоетанол використовується як екологічно чиста альтернатива бензину. Його виробляють із кукурудзи, пшениці, картоплі, цукрової тростини, рису та інших зернових шляхом ферментації. Дріжджі використовуються для ферментації крохмалю та цукрів, що містяться в цих культурах, до етанолу. Ультразвукове руйнування клітинних структур та екстракція внутрішньоклітинного матеріалу зменшують розмір частинок і під час зрідження відкривають значно більшу площу поверхні для дії ферментів. Це покращує біодоступність крохмалю та цукру та призводить до швидшої та повнішої ферментації, що дає більше етанолу.
Виробництво біоетанолу значною мірою залежить від ефективного розщеплення лігноцелюлозної біомаси для вивільнення ферментованих цукрів. Ультразвук сприяє цьому процесу кількома способами:

• Покращений гідроліз: Ультразвукова попередня обробка сприяє руйнуванню рослинних частинок і покращує вивільнення глюкози з кукурудзяної суспензії на заводах сухого подрібнення етанолу.
• Стимульована ферментація: Показано, що ультразвук стимулює виробництво етанолу під час одночасного цукрування та ферментації (SSF) таких матеріалів, як змішаний відпрацьований офісний папір.
• Ефективність екстракції: Ультразвук високої потужності ефективний для екстракції активних компонентів, таких як ксилан та гетероксилан, з качанів і оболонок кукурудзи, а також для покращення екстракції олії з соєвих бобів, що підтримує ширші ланцюги виробництва на біологічній основі.

Натисніть тут, щоб дізнатися більше про руйнування клітин та екстракцію!

Біогаз з відходів та осаду

Муніципальні органічні відходи, стіновий осад, мул і гній служать джерелом біогазу. Переробка такого матеріалу в аеробних або анаеробних дигестерах перетворює органічний матеріал на біогаз. Ультразвукове руйнування органічного матеріалу перед травленням змінює структуру матеріалу, вивільняє та активує ферменти. Це покращує травлення органічного матеріалу, що призводить до швидшої переробки, більшої кількості газу та меншої кількості залишкового осаду. Це, у свою чергу, збільшує потужність існуючих дигестерів і зменшує витрати на утилізацію.

При анаеробному травленні ультразвукова попередня обробка використовується для руйнування біомаси (наприклад, надлишкового активного осаду), щоб зробити органічну речовину більш доступною для бактерій.

• Збільшений вихід біогазу: Ультразвукова обробка довела свою ефективність у збільшенні сукупного виробництва біогазу. Дослідження показали підвищення виробництва біогазу в межах від 26% до 36% порівняно з необробленим осадом.
• Покращене зменшення твердих речовин: Ультразвукова обробка покращує руйнування летких твердих речовин (VS). Наприклад, руйнування VS може зрости з 30% до 35% або навіть вище (до 39%) залежно від органічного навантаження та енерговитрат.
• Інтеграція стічних вод: Біоосади з міських та промислових очисних споруд, а також з самих біогазових установок можуть ефективно оброблятися за допомогою ультразвукових реакторів для оптимізації процесу стабілізації та відновлення енергії.

Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукове руйнування осаду!

Ультразвукове руйнування тваринного гною перед анаеробним травленням покращує вихід біогазу.

Ультразвуковий енергетичний баланс

Згадані вище процеси не потребують великої кількості ультразвукової енергії. Загалом надлишкова енергія внаслідок ультразвукової обробки компенсує енергію, витрачену на генерацію ультразвуку. Ультразвукові пристрої Hielscher мають загальну ефективність понад 85%. Це означає, що понад 85% електроенергії перетворюється та передається рідині за допомогою механічної енергії. Фактичну потребу в енергії для процесу можна визначити в малих масштабах, використовуючи 1kW ультразвуковий процесор у лабораторному масштабі. Усі результати таких лабораторних випробувань можна легко масштабувати. Hielscher постачає промислове ультразвукове обладнання для обробки по всьому світу. Завдяки промисловим ультразвуковим гомогенізаторам потужністю до 16kW на один соникатор, немає обмежень у розмірі установки або потужності обробки.