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Desarrollo de un nuevo proceso para la obtención de bio-hidrógeno y biogás a partir de residuos orgánicos agroalimentarios

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Desarrollo de un nuevo proceso para la obtención de
bio-hidrógeno y biogás mediante digestión anaerobia en doble etapa a partir de residuos orgánicos agroalimentarios

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Desarrollo de un nuevo proceso para la obtención de bio-hidrógeno y biogás a partir de residuos orgánicos agroalimentarios

  1. 1. Diseño y puesta a punto de metodologías y montajes experimentales a escala piloto para la investigación de la producción de biohidrógeno y biogás Evaluación de la eficiencia de la “dark fermentation” y de la tecnología de los BES, a través de ensayos experimentales. Comparación de ambas tecnologías para la producción de bio-hidrógeno, incidiendo en el rendimiento de producción, problemáticas y limitaciones de operación.  Evaluar el papel desempeñado por los principales grupos de poblaciones microbianas implicadas en los procesos biológicos de producción de biohidrógeno y biogás, como herramienta de control avanzado de dichos procesos. Para ello se pondrán a punto herramientas de biología molecular basadas en PCR y DGGE. Estudiar la mejora de la producción y calidad del bio-hidrógeno y el biogás a través de nuevos pre-tratamientos Profundizar en la aplicación de los resultados del proyecto en la Comunidad Valenciana incidiendo en el potencial disponible de los recursos residuales y el potencial energético asociado. DIANA Desarrollo de un nuevo proceso para la obtención de bio-hidrógeno y biogás mediante digestión anaerobia en doble etapa a partir de residuos orgánicos agroalimentarios “DARK FERMENTATION” La digestión anaerobia es un proceso biológico que consta de 4 etapas (figura1) durante las cuales la materia orgánica va transformándose en distintos compuestos intermedios hasta convertirse en biogás (metano y dióxido de carbono). OBJETIVOS ESPECÍFICOS El principal objetivo del proyecto es investigar un nuevo proceso avanzado de producción de biohidrógeno mediante dos tecnologías, a partir de la “Dark fermentation” y de los Sistemas Bioelectroquímicos. (H2 S + CO2 ) COMPUESTOS ORGÁNICOS COMPLEJOS (carbohidratos, proteínas, lípidos) COMPUESTOS ORGÁNICOS SIMPLES (azúcares, aminoácidos, ácidos grasos) ÁCIDOS GRASOS VOLÁTILES (acetato, propianato, butirato, etc) METANO Y DIÓXIDO DE CARBONO CH4 + CO2 ACETATO (2 carbonos) CH3-COO- Hidrógeno gas y dióxido de carbono H2 + CO2 ACIDOGÉNESIS HIDRÓLISIS 35 % 20 % 17 % 72 % 28 % 13 % 10 % 5 % ACETOGÉNESIS METANOGÉNESISSULFUROGÉNESIS (H2 S + CO2 ) COMPUESTOS ORGÁNICOS COMPLEJOS (carbohidratos, proteínas, lípidos) COMPUESTOS ORGÁNICOS COMPLEJOS (carbohidratos, proteínas, lípidos) COMPUESTOS ORGÁNICOS SIMPLES (azúcares, aminoácidos, ácidos grasos) COMPUESTOS ORGÁNICOS SIMPLES (azúcares, aminoácidos, ácidos grasos) ÁCIDOS GRASOS VOLÁTILES (acetato, propianato, butirato, etc) ÁCIDOS GRASOS VOLÁTILES (acetato, propianato, butirato, etc) METANO Y DIÓXIDO DE CARBONO CH4 + CO2 METANO Y DIÓXIDO DE CARBONO CH4 + CO2 ACETATO (2 carbonos) CH3-COO- Hidrógeno gas y dióxido de carbono H2 + CO2 ACETATO (2 carbonos) CH3-COO- ACETATO (2 carbonos) CH3-COO- Hidrógeno gas y dióxido de carbono H2 + CO2 Hidrógeno gas y dióxido de carbono H2 + CO2 ACIDOGÉNESIS HIDRÓLISIS 35 % 20 % 17 % 72 % 28 % 13 % 10 % 5 % ACETOGÉNESIS METANOGÉNESISSULFUROGÉNESIS Las condiciones óptimas de operación de cada una de las fases de la digestión anaerobia difieren entre sí. Sin embargo, la tipología de digestor anaerobio más empleado es un reactor continuo de tanque agitado en el que simultanean todas las etapas. Es posible mejorar la eficiencia del proceso y/o la diversidad de gases valorizables energéticamente (H2 y/o CH4) separando etapas en distintos reactores y proporcionando condiciones óptimas de crecimiento a las distintas familias de microorganismos. Etapa 1 Etapa 2Sustrato CO2, H2 + CH4 , CO2 AGV Acético Propiónico Butírico Valérico Digestato 120 MJ/Kg 50 MJ/Kg Etapa 1 Etapa 2Sustrato CO2, H2 + CH4 , CO2 AGV Acético Propiónico Butírico Valérico Digestato 120 MJ/Kg 50 MJ/Kg Como el poder calorífico del hidrógeno es 2,6 veces superior al del metano, la energía total obtenida de la combustión de ambos gases es superior a la obtenida de la digestión anaerobia en una sola etapa. INTRODUCCIÓN MONTAJE EXPERIMENTAL Planta laboratorio 2 fases “DARK FERMENTATION” RESULTADOS LODOS DEPURADORA Elevada influencia del tiempo de retención hidráulico y de la temperatura aplicado en la etapa 1 sobre la producción de biohidrógeno Necesario pretratamiento previo para eliminar la actividad metanogénica que contienen los lodos, para evitar el consumo del hidrógeno producido. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Tiempo retención hidráulico( días) Biohidrógeno(mL/mgSV) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 Temperatura (ºC) Biohidrógeno(mL/mgSV) SUSTRATOS LIGNOCELULÓSICOS Elevadas producciones de biohidrógeno (8-32 L/KgSV) Elevadas producciones de ácidos grasos volátiles que provocan un descenso del pH por debajo de 5, cesando la producción de biohidrógeno. Necesidad de controlar el pH 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Tiempo (días) pH 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Biohidrógeno(L/KgSV) pH Biohidrógeno

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