Hydrogen production through gasification and dark fermentation

Abstract

New efforts in the search of alternative clean and renewable energy to replace the current energy precursors have been assessed in order to reduce emissions to the environment. Lignocellulosic Biomass (LB) can be used to produce bioenergy due to its high energy potential and availability. The main objective of this thesis is to evaluate the production of hydrogen through air gasification and dark fermentation using lignocellulosic biomass as feedstock. For this purpose, the methodology was divided in two sections: experimental and simulation procedures. The experimental procedure involves the production of a hydrogen-rich synthesis gas through gasification and the use of the commercial strain T. Thermosaccharolyticum ATCC 7956 to produce hydrogen though dark fermentation. Two different gasification configurations were tested: first, using only lignocellulosic biomass as feedstock and then, mixtures between the raw material and an adsorbent (in this case, quicklime) were fed in the gasifier. For the dark fermentation procedure, a previous pretreatment stage of the raw material was included. Subsequently, pure sugars and hydrolysates (from the pretreatment stage) were tested as carbon source for the hydrogen production using the commercial strain. In the simulation approach, six (6) scenarios for hydrogen production were assessed from the techno-economic, energetic and environmental point of view, considering the biorefinery and stand-alone pathways. As a consequence, the use of low cost and high available adsorbents in the gasification procedure increased the hydrogen selectivity. Hydrogen content was not detected in the dark fermentation procedures; however, high concentration of other metabolites was evidenced, which presents a future scenario for the implementation of alternative process schemes using this microorganism. The results of the simulation procedure demonstrated that the production of hydrogen based on the concept of a biorefinery can improve the profitability, energy efficiency and reduce the emissions of the processes compared to the stand-alone way (Texto tomado de la fuente)

Nuevos esfuerzos en la búsqueda de alternativas de energía limpia y renovable que reemplacen los actuales precursores energéticos han sido evaluados con el fin de reducir las emisiones al medio ambiente. La biomasa lignocelulósica (BL) se puede utilizar directamente para producir energía debido a su alto potencial energético y disponiblidad. El principal objetivo de esta tesis es evaluar la producción de hidrógeno por medio de gasificación y fermentación oscura utilizando biomasa lignocelulósica como materia prima. Para este propósito, la metodología fue dividida en dos secciones: procedimientos experimentales y de simulación. El procedimiento experimental involucra la producción de un gas de síntesis con alto contenido de hidrógeno por medio de gasificación y el uso de la cepa comercial T. Thermosaccharolyticum ATCC 7956 para producir hidrógeno por medio de fermentación oscura. Dos configuraciones de gasificación fueron evaluadas: primero, utilizando biomasa lignocelulósica como materia prima y luego, se preparon mezclas entre dichas materias primas y un adsorbente (en este caso, cal viva). Para el procedimiento de la fermentación oscura, se incluyó una etapa de pretratamiento de la materia prima. Posteriormente, azucares puros e hidrolizados (obtenidos de la etapa de pretratamiento) fueron utilizados como fuente de carbono para la producción de hidrógeno utilizando la cepa comercial. En la etapa de simulación, se evaluaron desde el punto de vista técnico, económico, energético y ambiental, seis escenarios para la producción de hidrógeno. Como consecuencia, el uso de un adsorbente de bajo costo y alta disponibilidad, en el procedimiento de gasificación, incremento la selectividad del hidrógeno. En los procedimientos de fermentación oscura no fue posible detectar hidrógeno; sin embargo, el microorganismo fue capaz de sintetizar otros metabolitos en altas concentraciones, lo cual presenta un futuro escenario para la implementación de nuevos esquemas de proceso utilizando esta cepa comercial. Los resultados del procedimiento de simulación demostraron que la producción de hidrógeno basado en el concepto de biorefinería mejoró la rentabilidad económica, eficiencia energética y redujo las emisiones de los procesos en comparación a las rutas independientes