Kavitaatio biodieselin tuotannon pelimuutoksena

Biodiesel on laajalti tunnustettu fossiilisten polttoaineiden ympäristöystävällisemmäksi korvaajaksi, mutta edullinen, vakaa ja erittäin tehokas tuotanto on vielä suuri este. Yksi lupaavimmista edistyksen mahdollistajista on kavitaatio. RAPTECH-kavitaatioteknologia tuottaa mikroskooppisen pieniä höyrykuplia, jotka luhistuvat suurella intensiteetillä ja luovat paikallista kuumennusta, leikkausvoimia ja voimakasta mikrosekoitusta. Tällä yksinkertaisella fysikaalisella mekanismilla on mahdollisuus tehostaa huomattavasti biodieselin valmistuksen jokaista vaihetta.

• Esikäsittely: Puhdistus ja kunnostus

Kasviöljyt ja eläinrasvat sisältävät yleensä kumia, vahoja ja fosforiyhdisteitä, jotka on poistettava ennen biodieseliksi muuntamista. Nämä epäpuhtaudet heikentävät polttoaineen laatua ja vahingoittavat katalysaattoreita prosessin myöhemmässä vaiheessa. Kavitaatio aiheuttaa äärimmäistä sekoittumista ja korkean energian vyöhykkeitä ("kuumia kohtia"), jotka rikkovat kumirakenteita ja vapauttavat sitoutunutta fosforia. Tämä vähentää riippuvuutta lisätyistä kemikaaleista tai entsyymeistä, mikä johtaa puhtaampaan, nopeampaan ja kustannustehokkaampaan esikäsittelyvaiheeseen. [Jiang et al., 2013]

• Korkean rasvahappopitoisuuden omaavien öljyjen esteröinti

Lähtöaineet, kuten ruokajätteet tai eläinrasvat, ovat edullisia ja kestäviä, mutta sisältävät usein runsaasti vapaita rasvahappoja (FFA). Tavallisesti ne vaativat monimutkaista esikäsittelyä, mikä nostaa kustannuksia. Kavitaatio nopeuttaa FFA:iden ja alkoholin välistä esteröitymisreaktiota dramaattisesti, jolloin FFA-pitoisuudet laskevat muutamassa minuutissa. Tämä tekee aiemmin ongelmallisista tai "vähäarvoisista" raaka-aineista sopivia biodieselin valmistukseen, mikä tasoittaa tietä jäterasvojen laajamittaiselle uudelleenkäytölle. [Supardan et al., 2012]

• Transesteröinti: Ydinreaktio

Biodieselin tuotannon ytimessä on triglyseridien transesteröinti rasvahappometyyliestereiksi (FAME) ja glyseroliksi. Perinteiset sekoitussäiliömenetelmät vievät tunteja, käyttävät liikaa metanolia ja katalyyttiä ja vaativat suuria laitteita. Kavitaatio parantaa aineensiirtoa ja sekoittumista, mikä lyhentää reaktioajat minuutteihin. Se myös minimoi kemikaalien kulutuksen ja mahdollistaa pienemmät, jatkuvatoimiset reaktorit, jotka alentavat kustannuksia, yksinkertaistavat skaalausta ja parantavat prosessin tehokkuutta. [Ghayal et al., 2013; Supardan et al., 2012]

• Erotus ja puhdistus

Kun reaktio on saatu päätökseen, biodiesel on erotettava glyserolista ja jäännöksistä. Tavanomaiset menetelmät tuottavat usein sitkeitä emulsioita, jotka hidastavat puhdistusta. Kavitaatio vähentää sivureaktioita, saippuanmuodostusta ja emulsion stabiilisuutta, jolloin erottaminen on paljon puhtaampaa. Tämä lyhentää puhdistusaikaa, vähentää resurssien käyttöä ja tuottaa korkealaatuisempaa biodieseliä. [Rathod et al., 2017]

Kaavio hydrodynaamisesta kavitaatioreaktorista, mukailtu lähteestä Rathod et al.,2017

• Varastointi ja stabiilisuusBiodieselin

valmistuksen jälkeenkin voi esiintyä ongelmia, jotka liittyvät pienempien komponenttien erottumiseen, epävakauteen ja epätasaiseen palamistulokseen. Kavitaatio tarjoaa puhtaasti fysikaalisen keinon varastoidun polttoaineen uudelleen homogenisoimiseksi. Varmistamalla nanomittakaavan dispersion ja voimakkaan mikrosekoittumisen se parantaa seoksen stabiilisuutta, parantaa sumutusta ja vähentää palamattomia hiilivetyjä ja hiukkasia moottorin käytön aikana. Tutkimukset ovat osoittaneet, että kavitaatiokäsittely edistää polttoaineen tasaisempaa koostumusta ja puhtaampaa palamista. [Dziza et al., 2012]

Johtopäätökset


Käyttämällä kavitaatioteknologiaa biodieselin tuottajat voivat saavuttaa korkeampia saantoja, laajempaa raaka-ainejoustavuutta, alhaisempia tuotantokustannuksia ja parempaa polttoaineen pitkäaikaista vakautta. Tehokkuuden lisäämisen sijaan kavitaatio merkitsee askelta kohti muutosta biodieselin käsittelyssä, mikä tekee uusiutuvista polttoaineista kilpailukykyisempiä, skaalautuvampia ja kestävämpiä tulevaisuudessa.

Author: RAPTECH Eberswalde GmbH


Valitut viitteet

• Ghayal, D., Pandit, A. B., Rathod, V. K. (2013). Biodieselin tuotannon optimointi hydrodynaamisessa kavitaatioreaktorissa käyttäen käytettyä paistoöljyä.
• Ultrasonics Sonochemistry.
• Rathod, V. K., et al. (2017).
• Biodieselin tuotanto ja puhdistus käytetystä paistoöljystä hydrodynaamisen kavitaation avulla.
• 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). Rypsiöljyn ultraääniavusteinen entsymaattinen purunpoisto.
• Ultrasonics Sonochemistry.
• Dziza, M., & Prusakiewicz, P. (2012). Ultraäänisäteilytysprosessin vaikutukset RME-biodieselseosten hapettumisstabiliteettiin. Research Journal of Agricultural Science, 44(1), 280-284.