Kavitasjon som en game-changer i biodieselproduksjonen

Biodiesel er allment anerkjent som en grønnere erstatning for fossilt drivstoff, men det er fortsatt et stort hinder for å oppnå billig, stabil og svært effektiv produksjon. En av de mest lovende mulighetene for å gjøre fremskritt er kavitasjon. RAPTECHs kavitasjonsteknologi genererer mikroskopiske dampbobler som kollapser med stor intensitet, noe som skaper lokal oppvarming, skjærkrefter og kraftig mikroblanding. Denne enkle fysiske mekanismen har potensial til å forbedre alle trinn i biodieselproduksjonen dramatisk.

• Forbehandling: Avgummiering og kondisjonering

Vegetabilske oljer og animalsk fett inneholder vanligvis tannkjøtt, voks og fosforforbindelser som må fjernes før de omdannes til biodiesel. Disse urenhetene reduserer drivstoffkvaliteten og skader katalysatorene lenger ned i prosessen. Kavitasjon gir ekstrem blanding og høyenergisoner ("hot spots") som bryter opp gummistrukturer og frigjør bundet fosfor. Dette reduserer behovet for tilsatte kjemikalier eller enzymer, noe som gir en renere, raskere og mer kostnadseffektiv forbehandlingsfase. [ Jiang et al., 2013]

• Esterifisering av oljer med høyt fettinnhold

Råvarer som matoljeavfall eller animalsk fett er billige og bærekraftige, men inneholder ofte mye frie fettsyrer (FFA). Normalt krever de kompleks forbehandling, noe som øker kostnadene. Kavitasjon akselererer esterifiseringsreaksjonen mellom FFA og alkohol dramatisk, slik at FFA-nivåene synker i løpet av få minutter. Dette gjør tidligere problematiske eller "lavverdige" råmaterialer egnet til biodiesel, og baner vei for gjenbruk av avfallsfett i stor skala. [Supardan et al., 2012]

• Transesterifisering: Kjernereaksjonen

Kjernen i biodieselproduksjonen er transesterifisering av triglyserider til fettsyremetylestere (FAME) og glyserol. Tradisjonelle omrøringstanker tar timevis, bruker overflødig metanol og katalysator og krever stort utstyr. Kavitasjon forbedrer masseoverføringen og blandingen, noe som reduserer reaksjonstiden til bare noen minutter. Det minimerer også kjemikalieforbruket og muliggjør mindre reaktorer med kontinuerlig strømning, noe som reduserer kostnadene, forenkler skalering og forbedrer prosesseffektiviteten. [Ghayal et al., 2013; Supardan et al., 2012]

• Separasjon og rensing

Etter at reaksjonen er fullført, må biodiesel separeres fra glyserol og restprodukter. Standardmetoder genererer ofte gjenstridige emulsjoner som forsinker rensingen. Kavitasjon reduserer sidereaksjoner, såpedannelse og emulsjonsstabilitet, noe som resulterer i en mye renere separasjon. Dette forkorter rensetiden, reduserer ressursbruken og gir biodiesel av høyere kvalitet. [Rathod et al., 2017]

Skjematisk fremstilling av en hydrodynamisk kavitasjonsreaktor, tilpasset fra Rathod et al,2017

• Lagring og stabilitetSelv

når biodiesel er produsert, kan det oppstå problemer med separasjon av mindre komponenter, ustabilitet og ujevn forbrenningsytelse. Kavitasjon er en rent fysisk metode for re-homogenisering av lagret drivstoff. Ved å sikre spredning i nanoskala og sterk mikroblanding forbedrer den blandingens stabilitet, forbedrer forstøvningen og reduserer uforbrente hydrokarboner og partikler under bruk i motoren. Forskning har vist at kavitasjonsbehandling bidrar til mer ensartet drivstoff og renere forbrenning. [Dziza et al., 2012]





Ved å ta i bruk kavitasjonsteknologi kan biodieselprodusenter oppnå høyere utbytte, større fleksibilitet med hensyn til råmaterialer, lavere produksjonskostnader og bedre langsiktig drivstoffstabilitet. I stedet for inkrementelle effektivitetsgevinster representerer kavitasjon en trinnvis endring i behandlingen av biodiesel - noe som gjør fornybart drivstoff mer konkurransedyktig, skalerbart og bærekraftig for fremtiden.


Author: Dr. Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH

Selected References

• Ghayal, D., Pandit, A. B., Rathod, V. K. (2013). Optimalisering av biodieselproduksjon i en hydrodynamisk kavitasjonsreaktor ved bruk av brukt stekeolje.
• Ultrasonics Sonochemistry
• .Rathod, V. K., et al. (2017).
• Produksjon og rensing av biodiesel fra brukt frityrolje ved hjelp av hydrodynamisk kavitasjon
• .Supardan et al. (2012) "Biodieselproduksjon fra Waste Cooking Oil Using Hydrodynamic Cavitation," Makara Journal of Technology: Vol. 16: Iss.
• 2, artikkel 10.
• Jiang, L., et al. (2013). Ultralyd-assistert enzymatisk degumming av rapsolje.
• Ultrasonics Sonochemistry
• .Dziza, M., & Prusakiewicz, P. (2012). Påvirkningene av ultralydbestrålingsprosessen på oksidasjonsstabiliteten til RME biodieselblandinger. Research Journal of Agricultural Science, 44(1), 280-284.