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

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