Kavitacija kot spremenljivka pri proizvodnji biodizla

Biodizel je splošno priznan kot okolju prijaznejši nadomestek za fosilna goriva, vendar je doseganje poceni, stabilne in zelo učinkovite proizvodnje še vedno velika ovira. Eden od najbolj obetavnih dejavnikov za napredek je kavitacija. Kavitacijska tehnologija RAPTECH ustvarja mikroskopske parne mehurčke, ki se zelo intenzivno sesedajo, kar povzroča lokalizirano segrevanje, strižne sile in močno mikromešanje. Ta preprost fizikalni mehanizem lahko dramatično izboljša vse faze proizvodnje biodizla.

• Predobdelava: Razmaščevanje in kondicioniranje

Rastlinska olja in živalske maščobe običajno vsebujejo gume, voske in fosforne spojine, ki jih je treba pred pretvorbo v biodizel odstraniti. Te nečistoče zmanjšujejo kakovost goriva in poškodujejo katalizatorje v nadaljnjem postopku. Kavitacija zagotavlja ekstremno mešanje in visokoenergijske cone ("vroče točke"), ki porušijo strukturo gumija in sprostijo vezani fosfor. Tako se zmanjša odvisnost od dodanih kemikalij ali encimov, kar omogoča čistejšo, hitrejšo in stroškovno učinkovitejšo fazo predobdelave. [Jiang et al., 2013]

• Esterifikacija olj z visoko vsebnostjo maščobnih kislin

Surovine, kot so odpadno jedilno olje ali živalske maščobe, so poceni in trajnostne, vendar pogosto vsebujejo visoko vsebnost prostih maščobnih kislin (FFA). Običajno zahtevajo kompleksno predobdelavo, kar povečuje stroške. Kavitacija močno pospeši reakcijo estrifikacije med FFA in alkoholom ter v nekaj minutah zniža raven FFA. S tem postanejo surovine, ki so bile prej problematične ali z nizko vrednostjo, primerne za biodizel, kar utira pot za ponovno uporabo odpadnih maščob v velikem obsegu. [Supardan et al., 2012]

• Transesterifikacija: Osnovna reakcija

Bistvo proizvodnje biodizla je transesterifikacija trigliceridov v metilne estre maščobnih kislin (FAME) in glicerol. Tradicionalni pristopi z mešalnimi posodami trajajo več ur, porabijo presežek metanola in katalizatorja ter zahtevajo veliko opreme. Kavitacija izboljša prenos mase in mešanje ter skrajša reakcijski čas na le nekaj minut. Prav tako zmanjšuje porabo kemikalij in omogoča manjše reaktorje z neprekinjenim tokom, kar zmanjšuje stroške, poenostavlja razširjanje in izboljšuje učinkovitost procesa. [Ghayal et al., 2013; Supardan et al., 2012]

• Ločevanje in čiščenje

Po končani reakciji je treba biodizel ločiti od glicerola in ostankov. Pri standardnih metodah pogosto nastanejo trdovratne emulzije, ki upočasnijo čiščenje. Kavitacija zmanjša stranske reakcije, nastajanje mila in stabilnost emulzije, zato je ločevanje veliko čistejše. To skrajša čas čiščenja, zmanjša porabo virov in zagotavlja bolj kakovosten biodizel. [Rathod et al., 2017]

Shema reaktorja s hidrodinamično kavitacijo, prirejena po Rathod et al,2017

• Skladiščenje in stabilnostVečkrat

proizvedeno biodizelsko gorivo se lahko sooča s težavami zaradi ločevanja manj pomembnih sestavin, nestabilnosti in neenakomerne učinkovitosti zgorevanja. Kavitacija ponuja povsem fizično sredstvo za ponovno homogenizacijo shranjenega goriva. Z zagotavljanjem disperzije v nanoobmočju in močnega mikromešanja izboljša stabilnost mešanice, izboljša razprševanje ter zmanjša količino nezgorelih ogljikovodikov in trdnih delcev med uporabo motorja. Raziskave so pokazale, da kavitacijska obdelava prispeva k bolj enakomernemu gorivu in čistejšemu izgorevanju. [Dziza et al., 2012]

Sklep

Z vključitvijo kavitacijske tehnologije lahko proizvajalci biodizla dosežejo višje donose, večjo prilagodljivost surovin, nižje proizvodne stroške in boljšo dolgoročno stabilnost goriva. Kavitacija namesto postopnega povečanja učinkovitosti pomeni korenito spremembo pri predelavi biodizla - zaradi nje so obnovljiva goriva bolj konkurenčna, razširljiva in trajnostna za prihodnost.

Avtor: dr: Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH

Izbrana literatura

• Ghayal, D., Pandit, A. B., Rathod, V. K. (2013). Optimizacija proizvodnje biodizla v hidrodinamičnem kavitacijskem reaktorju z uporabo uporabljenega olja za cvrtje.
• 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.
• Jiang, L., et al. (2013). Ultrasound-assisted enzymatic degumming of rapeseed oil (Z ultrazvokom podprto encimsko razmaščevanje olja oljne ogrščice).
• Ultrasonics Sonochemistry
• .Dziza, M., & Prusakiewicz, P. (2012). The influences of ultrasonic irradiation process on the oxidation stability of RME biodiesel blends (Vpliv postopka ultrazvočnega obsevanja na oksidacijsko stabilnost mešanic biodizla RME). Research Journal of Agricultural Science, 44(1), 280-284.