Anaerobic co-digestion study and characterisation of different digesters to maximize biogas generation

Abstract

La Unión Europea comenzó recientemente la Transición Energética, con el objetivo de alcanzar la neutralidad en carbono en el año 2050 cumpliendo con el Acuerdo de París. Para conseguirlo, los sectores básicos de la economía, tales como energía y transporte, deberán ser de los primeros en completar este proceso mediante el desarrollo de nuevas tecnologías energéticas. Una de estas tecnologías, seleccionada por su fuerte circularidad, es el biogás y su derivado refinado el biometano, producidos mediante procesos de digestión anaerobia. En consecuencia, este proyecto se ha centrado en el estudio de la codigestión anaerobia con nanopartículas C-Fe para determinar su impacto en este proceso. Esto se analizó en tres tipos de experimento diferentes. El primero realizado fueron ensayos normalizados BMP en botellas de 1 litro; seguidos de ensayos discontinuos a mayor escala en reactores de 2 litros. Por último, se usó un reactor semicontinuo. La investigación ha determinado que las nanopartículas presentan nuevas interacciones con las distintas especies químicas identificadas, a la vez que aumentan la resiliencia del sistema y reducen la variabilidad entre muestras. El proyecto también ha identificado nuevas líneas de investigación a desarrollar en un futuro como la interacción CH4-H2 o el incremento de H2S. Pese a ello, la conclusión global de este proyecto es que las nanopartículas son una oportunidad viable para la mejora de la digestión anaerobia. También, este proyecto ha realizado aplicaciones teóricas sobre escenarios de cogeneración tanto de biogás bruto como de biometano. Por último, se ha realizado un dimensionamiento de la columna de absorción húmeda necesaria para limpiar el biogás producido.

The EU has recently started the Energy Transition, with the goal to achieve carbon neutrality by the year 2050 and therefore comply with the Paris Agreement. To achieve this, basic economic sectors such as energy or transportation must be amongst the first to complete said process by developing new technologies. One of those technologies to be employed, due to its strong circularity, is biogas and its upgraded form biomethane produced using anaerobic digestion processes. As such, this project focused on the study of anaerobic co-digestion with the use of C-Fe nanoparticles to determine their impact on said process. This was analysed in three different experiments. The first were standardised BMP tests in 1-litre bottles; followed by a larger scale 2-litre batch reactors. Lastly, a semi-continuous reactor was also used. The research has shown that the nanoparticles present new interactions with the different chemical species identified, while also increasing the system’s resilience and reducing the variability between samples. The project has identified new research leads to be developed in the future such as the CH4-H2 interaction or a sudden peak in H2S. Despite this, the overall conclusion of the project is that the nanoparticles present a viable opportunity to improve anaerobic co-digestion. The results were used to analyse two application scenarios based on the production of combined heat and power (CHT) with raw biogas and upgraded biomethane. Lastly, the wet absorption column required to upgrade the biogas was sized.