La conversión biológica de hidrógeno-metano se refiere a la producción de metano mediante la acción de microorganismos utilizando hidrógeno generado por electrólisis del agua con energía residual y dióxido de carbono presente en el biogás. Este enfoque promete superar las limitaciones del almacenamiento de hidrógeno, reduciendo la carga financiera de la mejora del biogás y permitiendo una utilización de CO2 sin emisiones de carbono. en biogás.
Anteriormente, investigadores del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao de la Academia de Ciencias de China han domesticado y obtenido microorganismos con altas eficiencias de conversión de hidrógeno-metano. También han desarrollado dos procesos de producción para la conversión biológica de hidrógeno-metano in situ y ex situ. Sin embargo, el principal factor que limita la eficiencia de la conversión de hidrógeno a metano sigue siendo la baja tasa de transferencia de masa gas-líquido del hidrógeno.
Para abordar las limitaciones de las bajas tasas de transferencia de masa de hidrógeno en el proceso de conversión de hidrógeno-metano, los investigadores desarrollaron un filtro biotrickling (BTF), que facilita el crecimiento de microorganismos mediante el uso de material de embalaje con una superficie interna rugosa. Garantiza un contacto total entre las fases gaseosa y líquida, aumentando así la eficiencia de utilización del hidrógeno.
El estudio está publicado en Chemical Engineering Journal .
En este estudio, los investigadores comenzaron explorando los efectos de las temperaturas (25°C, 37°C y 55°C) en la ruta de conversión de hidrógeno-metano para determinar la temperatura óptima para los filtros biopercoladores. Durante el funcionamiento del filtro biopercolador, los efectos de los materiales de empaque (ceramita, piedra volcánica, carbón activado) y la proporción óptima del gas de entrada (H2 /CO2 , v/v) en el proceso de conversión.
Según los investigadores, los materiales de embalaje seleccionados eran respetuosos con el medio ambiente y su gran superficie específica y porosidad facilitaban el crecimiento y la fijación de microorganismos. Esto asegura un contacto suficiente entre los microorganismos y la fase gaseosa, lo que mejora en gran medida la transferencia de masa gas-líquido.
Los resultados mostraron que una temperatura más alta favorece la conversión de hidrógeno-metano. A 25°C, la eficiencia de conversión de hidrógeno-metano era baja (2,5 L/Lw·d) y la mayor parte del hidrógeno y el dióxido de carbono se utilizaron para producir acetato.
A 55°C, aunque el proceso de reacción fue inicialmente inestable, finalmente alcanzó estabilidad y obtuvo una eficiencia de conversión de hidrógeno-metano de 8,3 L/Lw·d. Por el contrario, la eficiencia de conversión seguía siendo sustancial a 37°C, alcanzando 7,1 L/Lw·d. En particular, no hubo diferencias significativas en el proceso general de metanogénesis entre 37°C y 55°C.
Además, el gas de entrada óptimo (H2 /CO2 ) se determinó en el experimento BTF, logrando la relación más satisfactoria en 2,5:1 (H2 /CO2 , v/v), que fue inferior a los valores informados anteriormente, pero se logró una mayor eficiencia de eliminación de dióxido de carbono.
Todas las biopelículas adheridas a los tres materiales de empaque lograron una eficiencia efectiva de conversión de hidrógeno-metano en una proporción de 2,5:1, y el BTF que utilizó carbón activado como material de empaque logró la eficiencia de conversión más alta y estable (91,9%).
La medición de la intensidad relativa de la fluorescencia confirmó que el carbón activado tenía una inmovilización microbiana superior. Este estudio proporciona un enfoque prometedor para la aplicación de BTF en la conversión de hidrógeno-metano de biogás.
Más información: Jie-Hua Huang et al, Mejora del biogás mediante filtro biopercolador:efectos de la temperatura y los materiales de embalaje, Chemical Engineering Journal (2023). DOI:10.1016/j.cej.2023.148367
Información de la revista: Revista de ingeniería química
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
