Kavitace jako změna ve výrobě bionafty

Bionafta je všeobecně uznávána jako ekologičtější náhrada fosilních paliv, avšak dosažení nízkonákladové, stabilní a vysoce účinné výroby je stále velkou překážkou. Jedním z nejslibnějších faktorů umožňujících pokrok je kavitace. Kavitační technologie RAPTECH vytváří mikroskopické bublinky páry, které se hroutí s velkou intenzitou, čímž vytvářejí lokalizovaný ohřev, smykové síly a silné mikromíchání. Tento jednoduchý fyzikální mechanismus má potenciál výrazně zlepšit každou fázi výroby bionafty.

• Předúprava: Odhličování a kondicionování

Rostlinné oleje a živočišné tuky obvykle obsahují gumy, vosky a sloučeniny fosforu, které je třeba před přeměnou na bionaftu odstranit. Tyto nečistoty snižují kvalitu paliva a dále v procesu poškozují katalyzátory. Kavitace zajišťuje extrémní míchání a vysokoenergetické zóny ("horká místa"), které narušují strukturu gumy a uvolňují vázaný fosfor. Tím se snižuje závislost na přidaných chemikáliích nebo enzymech, což vede k čistší, rychlejší a nákladově efektivnější fázi předúpravy. [Jiang et al., 2013]

• Esterifikace olejů s vysokým obsahem mastných kyselin

Vstupní suroviny, jako je odpadní kuchyňský olej nebo živočišné tuky, jsou levné a udržitelné, ale často obsahují vysoké množství volných mastných kyselin (FFA). Obvykle vyžadují složitou předúpravu, což zvyšuje náklady. Kavitace výrazně urychluje esterifikační reakci mezi FFA a alkoholem a snižuje obsah FFA během několika minut. Díky tomu jsou dříve problematické nebo "nízkohodnotné" suroviny vhodné pro výrobu bionafty, což otevírá cestu k opětovnému využití odpadních tuků ve velkém měřítku. [Supardan et al., 2012]

• Transesterifikace: Základní reakce

Základem výroby bionafty je transesterifikace triglyceridů na metylestery mastných kyselin (FAME) a glycerol. Tradiční metody s míchacími nádržemi trvají hodiny, používají přebytek metanolu a katalyzátoru a vyžadují rozsáhlé zařízení. Kavitace zlepšuje přenos hmoty a míchání a zkracuje reakční časy na pouhé minuty. Rovněž minimalizuje spotřebu chemikálií a umožňuje použití menších reaktorů s kontinuálním průtokem, což snižuje náklady, zjednodušuje škálování a zvyšuje účinnost procesu. [Ghayal et al., 2013; Supardan et al., 2012]

• Separace a čištění

Po dokončení reakce musí být bionafta oddělena od glycerolu a zbytků. Standardní metody často vytvářejí odolné emulze, které zpomalují čištění. Kavitace snižuje vedlejší reakce, tvorbu mýdla a stabilitu emulze, což vede k mnohem čistší separaci. To zkracuje dobu čištění, snižuje spotřebu zdrojů a přináší kvalitnější bionaftu. [ Rathod et al., 2017]

Schéma hydrodynamického kavitačního reaktoru, převzato z Rathod et al.,2017

• Skladování a stabilitaI

po výrobě se bionafta může potýkat s problémy s oddělováním minoritních složek, nestabilitou a nerovnoměrným spalováním. Kavitace nabízí čistě fyzikální způsob opětovné homogenizace skladovaného paliva. Zajištěním disperze v nanorozměrech a silného mikromíchání zlepšuje stabilitu směsi, zlepšuje rozprašování a snižuje množství nespálených uhlovodíků a pevných částic během používání motoru. Výzkum prokázal, že kavitační úprava přispívá k rovnoměrnějšímu složení paliva a čistšímu spalování. [Dziza et al., 2012]

Závěr

Integrací kavitační technologie mohou výrobci bionafty dosáhnout vyšších výnosů, širší flexibility vstupních surovin, nižších výrobních nákladů a lepší dlouhodobé stability paliva. Spíše než postupné zvyšování účinnosti představuje kavitace zásadní změnu ve zpracování bionafty - díky ní jsou obnovitelná paliva konkurenceschopnější, škálovatelnější a udržitelnější do budoucna.

Autor: Mgr: Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH

Vybraná literatura

• Ghayal, D., Pandit, A. B., Rathod, V. K. (2013). Optimalizace výroby bionafty v hydrodynamickém kavitačním reaktoru s použitím použitého fritovacího oleje.
• Ultrasonics Sonochemistry
• . rathod, V. K., et al. (2017).
• Production and purification of biodiesel from used frying oil using hydrodynamic cavitation
• . supardan et al. (2012) "Biodiesel Production from Waste Cooking Oil Using Hydrodynamic Cavitation", Makara Journal of Technology: Vol. 16: Iss.
• 2, Article 10.
• Jiang, L., et al. (2013): "Biodifúzní technologie pro výrobu biopaliv. Ultrasound-assisted enzymatic degumming of rapeseed oil [Enzymatické odtučňování řepkového oleje za pomoci ultrazvuku].
• Ultrasonics Sonochemistry
• . dziza, M., & Prusakiewicz, P. (2012). The influences of ultrasonic irradiation process on the oxidation stability of RME biodiesel blends [Vliv procesu ultrazvukového ozařování na oxidační stabilitu směsí bionafty z RME]. Research Journal of Agricultural Science, 44(1), 280-284.