Kavitácia ako zmena vo výrobe bionafty

Bionafta je všeobecne uznávaná ako ekologickejšia náhrada fosílnych palív, avšak dosiahnutie nízkonákladovej, stabilnej a vysoko efektívnej výroby je stále veľkou prekážkou. Jedným z najsľubnejších faktorov umožňujúcich pokrok je kavitácia. Technológia kavitácie RAPTECH generuje mikroskopické bubliny pary, ktoré kolabujú s veľkou intenzitou, čím vytvárajú lokalizovaný ohrev, strihové sily a silné mikromiešanie. Tento jednoduchý fyzikálny mechanizmus má potenciál výrazne zlepšiť každú fázu výroby bionafty.

• Predúprava: Odvápňovanie a kondicionovanie

Rastlinné oleje a živočíšne tuky zvyčajne obsahujú gumy, vosky a zlúčeniny fosforu, ktoré sa musia pred premenou na bionaftu odstrániť. Tieto nečistoty znižujú kvalitu paliva a poškodzujú katalyzátory v ďalšom procese. Kavitácia zabezpečuje extrémne miešanie a vysokoenergetické zóny ("horúce miesta"), ktoré narúšajú štruktúry gumy a uvoľňujú viazaný fosfor. Tým sa znižuje závislosť od pridaných chemikálií alebo enzýmov, čo vedie k čistejšej, rýchlejšej a nákladovo efektívnejšej fáze predúpravy. [Jiang et al., 2013]

• Esterifikácia olejov s vysokým obsahom tuku

Východiskové suroviny, ako je odpadový kuchynský olej alebo živočíšne tuky, sú lacné a udržateľné, ale často obsahujú vysoký obsah voľných mastných kyselín (FFA). Zvyčajne si vyžadujú komplexnú predúpravu, čo zvyšuje náklady. Kavitácia výrazne urýchľuje esterifikačnú reakciu medzi FFA a alkoholom a znižuje hladinu FFA v priebehu niekoľkých minút. Vďaka tomu sú predtým problematické alebo "nízkohodnotné" suroviny vhodné na výrobu bionafty, čo otvára cestu k opätovnému využitiu odpadových tukov vo veľkom rozsahu. [Supardan et al., 2012]

• Transesterifikácia: Základná reakcia

Základom výroby bionafty je transesterifikácia triglyceridov na metylestery mastných kyselín (FAME) a glycerol. Tradičné postupy s miešanými nádržami trvajú hodiny, používajú prebytok metanolu a katalyzátora a vyžadujú si veľké zariadenia. Kavitácia zlepšuje prenos hmoty a miešanie, čím skracuje reakčný čas na minúty. Minimalizuje tiež spotrebu chemikálií a umožňuje použitie menších reaktorov s kontinuálnym prietokom, ktoré znižujú náklady, zjednodušujú škálovanie a zvyšujú účinnosť procesu. [Ghayal et al., 2013; Supardan et al., 2012]

• Separácia a čistenie

Po ukončení reakcie sa bionafta musí oddeliť od glycerolu a zvyškov. Štandardné metódy často vytvárajú odolné emulzie, ktoré spomaľujú čistenie. Kavitácia znižuje vedľajšie reakcie, tvorbu mydla a stabilitu emulzie, čo vedie k oveľa čistejšej separácii. Tým sa skracuje čas čistenia, znižuje spotreba zdrojov a zabezpečuje vyššia kvalita bionafty. [Rathod et al., 2017]

Schéma hydrodynamického kavitačného reaktora, upravené podľa Rathod et al,2017

• Skladovanie a stabilitaBionafta

môže aj po výrobe čeliť problémom s oddeľovaním menších zložiek, nestabilitou a nerovnomerným výkonom spaľovania. Kavitácia ponúka čisto fyzikálny spôsob opätovnej homogenizácie uskladneného paliva. Zabezpečením disperzie v nanorozmeroch a silného mikromiešania zlepšuje stabilitu zmesi, zlepšuje atomizáciu a znižuje množstvo nespálených uhľovodíkov a pevných častíc počas používania motora. Výskum ukázal, že kavitačná úprava prispieva k rovnomernejšiemu palivu a čistejšiemu spaľovaniu. [Dziza et al., 2012]

Záver

Integráciou kavitačnej technológie môžu výrobcovia bionafty dosiahnuť vyššie výnosy, širšiu flexibilitu vstupných surovín, nižšie výrobné náklady a lepšiu dlhodobú stabilitu paliva. Skôr než prírastkové zvýšenie účinnosti predstavuje kavitácia zásadnú zmenu v spracovaní bionafty - vďaka nej sú obnoviteľné palivá konkurencieschopnejšie, škálovateľné a udržateľné do budúcnosti.

Autor: Mgr: Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH

Vybraná literatúra

• Ghayal, D., Pandit, A. B., Rathod, V. K. (2013). Optimalizácia výroby bionafty v hydrodynamickom kavitačnom reaktore s použitím použitého fritovacieho oleja.
• 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). Ultrasound-assisted enzymatic degumming of rapeseed oil (Enzymatické odmasťovanie repkového oleja za pomoci ultrazvuku).
• Ultrasonics Sonochemistry
• .Dziza, M., & Prusakiewicz, P. (2012). The influences of ultrasonic irradiation process on the oxidation stability of RME biodiesel blends (Vplyv procesu ultrazvukového ožarovania na oxidačnú stabilitu bionafty z RME). Research Journal of Agricultural Science, 44(1), 280-284.