Adición de biochar a la digestión anaerobia para una adecuada valorización de biomasa residual

Abstract

Anaerobic digestion is a natural process by which microorganisms degrade organic matter. This occurs in the absence of oxygen and its products are biogas (CH4, CO2 and traces of other gases) and an aqueous phase of suspended solids. The functioning of these systems is strongly linked to the stability of the medium in which the microorganisms coexist, for which the addition of carbonaceous materials such as biochar has been investigated. Biochar is the product of the thermochemical conversion of biomass in the absence of oxygen. Its addition to anaerobic digestion allows increasing the buffering capacity of the medium, as well as decreasing the concentration of inhibitors and working as a support for biofilm formation. In the development of this work, it is intended to evaluate the possible improvements in the yield, quality and stability of biogas obtained using biochar in anaerobic digestion. The biochar was obtained by slow pyrolysis from palm kernel shell and pruning residues, then it was used in laboratory-scale PBM assays and in pilot-scale digestion tests in a UASB system. CH4 quantification was performed using the manometric and volumetric methods, in addition to adjusting the PMB results according to certain kinetic models. A 30% yield of palm kernel shell biochar was obtained at 550°C, in addition its microporous structure and its CIC of 2.37 meq/100g were determined, ideal qualities for its addition in anaerobic digestion tests. In the PBM tests, an increase of between 44% - 53% of the volume of CH4 per gram of SV was obtained in cellulose digestion (positive control) and 12.6% for food waste. In the kinetic study, adjustments with R2 higher than 0.99 were obtained. In the UASB tests, an 80% increase in volatile solids (VS) removal per day was obtained, while the daily production of CH4 (l CH4/d) increased by 67.4%. The percentage of CH4 in biogas increased by 14% after the implementation of biochar, reaching a maximum peak of 95% of the fuel. Finally, the positive effects of the addition of palm kernel shell biochar on the anaerobic digestion of cellulose and food waste are identified, both in laboratory scale PBM assays and in pilot scale UASB systems.

La digestión anaerobia es un proceso natural mediante el cual los microrganismos degradan la materia orgánica, esto ocurre en ausencia de oxígeno y sus productos son el biogás (CH4, CO2 y trazas de otros gases) y una fase acuosa de sólidos suspendido. El funcionamiento de estos sistemas se encuentra fuertemente ligado a la estabilidad del medio en que coexisten los microrganismos, para esto se ha investigado la adición de materiales carbonosos tales como el biochar. El biochar es el producto de la conversión termoquímica de la biomasa en ausencia de oxígeno, su adición a la digestión anaerobia permite incrementar la capacidad buffer del medio, además de que disminuye la concentración de inhibidores y funciona como soporte para la formación de biopelículas. En el desarrollo de este trabajo se evaluaron las posibles mejoras en el rendimiento, la calidad y la estabilidad del biogás obtenidas por el uso del biochar en la digestión anaerobia. El biochar fue obtenido mediante pirólisis lenta a partir de cuesco de palma y residuos de poda, luego fue usado en ensayos de PBM a escala de laboratorio y en pruebas de digestión a escala piloto en un sistema UASB. La cuantificación del CH4 se realizó con los métodos manométrico y volumétrico, además del ajuste de los resultados de PMB según modelos cinéticos determinados. Se obtuvo un rendimiento del 30% de biochar de cuesco de palma a 550°C, además se determinó su estructura microporosa y su CIC de 2,37 meq/100g, cualidades idóneas para su adición en las pruebas de digestión anaerobia. En las pruebas PBM se obtuvo un aumento de entre 44% - 53% del volumen de CH4 por gramo de sólidos volátiles (SV) en la digestión de celulosa (control positivo) y de 12,6% para residuos de restaurante. En el estudio cinético se obtuvieron ajustes con R2 superiores a 0,99. En las pruebas UASB se observó un aumento de la remoción de SV por día del 80%, mientras que la producción diaria de CH4 (l CH4/d) incrementó en 67,4%. El porcentaje de CH4 en el biogás aumentó un 14% tras la implementación del biochar, teniendo un pico máximo de 95% del combustible. Finalmente se identifican los efectos positivos de la adición de biochar de cuesco de palma en la digestión anaerobia de celulosa y residuos de restaurante, tanto en ensayos PBM a escala de laboratorio como en sistemas UASB a escala piloto. (texto tomado de la fuente)