Analysis of the sustainable VFAs production using anaerobic digestion through the biorefinery concept

Abstract

Conventional anaerobic digestion (AD) is a widely applied technology for generating renewable energy (biogas) from organic waste. The simplicity of the process and the existing microbial consortium allows the use of different types of waste as substrate. Waste from different value chains (VC) has been used, e.g., agricultural, agro-industrial, and food. AD has multiple metabolic pathways present at each stage of the process. Therefore, it was demonstrated that AD could be designed to produce mixed volatile fatty acids through modified AD. Modified AD corresponds to varying the operating conditions of the process to promote specific metabolic pathways. The integration of conventional and modified AD was proposed as a sustainable pillar for the valorization of three wastes generated in different VC links through the biorefinery concept. A functional analysis (FA) was performed to determine the VC bottlenecks and the possible integration of biorefineries. Likewise, the sustainability (considering technical, economic, environmental, and social dimensions) of different biorefinery scenarios for the three feedstocks was evaluated. An experimental evaluation of conventional and modified AD using different techniques was conducted. The biorefineries were evaluated at the simulation level using the experimental results as input data. A compendium of downstream processes was proposed to increase the valorization of the fractions obtained in the conventional and modified AD process (Texto tomado de la fuente)

La digestión anaerobia (AD) convencional es una tecnología ampliamente aplicada para la generación de energía renovable en forma de biogás. a partir de residuos orgánicos. La simplicidad del proceso y el consorcio microbiano existente permite utilizar diferentes tipos de residuos como sustrato. Se han utilizado residuos de diferentes cadenas de valor (VC), por ejemplo, agrícolas, agroindustriales y alimentarias, procedentes de distintos eslabones. La AD tiene múltiples vías metabólicas presentes en cada etapa del proceso. Por ello, se ha demostrado que la AD podría diseñarse para producir ácidos grasos volátiles mixtos a través de la AD modificada. La AD modificada corresponde a la variación de las condiciones operativas del proceso para promover rutas metabólicas específicas. Se propuso la integración de la AD convencional y modificada como pilar sostenible para la valorización de tres residuos generados en diferentes eslabones de VC a través del concepto de biorrefinería. Se realizó un análisis funcional (FA) para determinar los cuellos de botella de las VC y la posible integración de las biorrefinerías. Así mismo, se evaluó la sostenibilidad (considerando las dimensiones técnica, económica, ambiental y social) de diferentes escenarios de biorrefinerías para las tres materias primas. Se realizó una evaluación experimental de la AD convencional y modificada considerando diferentes técnicas. Las biorrefinerías fueron evaluadas a nivel de simulación usando los resultados experimentales como datos de entrada. Se propuso un compendio de procesos aguas abajo para incrementar la valorización de las fracciones obtenidas en el proceso de AD convencional y modificada.