1.
DIANA
Desarrollo de un nuevo proceso para la obtención de
bio-hidrógeno y biogás mediante digestión anaerobia en
doble etapa a partir de residuos orgánicos agroalimentarios
INTRODUCCIÓN
El principal objetivo del proyecto es investigar un nuevo proceso avanzado de
producción de biohidrógeno mediante dos tecnologías, a partir de la “Dark
fermentation” y de los Sistemas Bioelectroquímicos.
20 %
5%
COMPUESTOS ORGÁNICOS COMPLEJOS
(carbohidratos, proteínas, lípidos)
HIDRÓLISIS
35 %
“DARK FERMENTATION”
10 %
COMPUESTOS ORGÁNICOS SIMPLES
(azúcares, aminoácidos, ácidos grasos)
ACIDOGÉNESIS
La digestión anaerobia es un proceso biológico que consta de 4 etapas (figura1)
durante las cuales la materia orgánica va transformándose en distintos compuestos
intermedios hasta convertirse en biogás (metano y dióxido de carbono).
ÁCIDOS GRASOS VOLÁTILES
(acetato, propianato, butirato, etc)
17 %
13 %
ACETOGÉNESIS
Las condiciones óptimas de operación de cada una de las fases de la digestión
anaerobia difieren entre sí. Sin embargo, la tipología de digestor anaerobio más
empleado es un reactor continuo de tanque agitado en el que simultanean todas las
etapas. Es posible mejorar la eficiencia del proceso y/o la diversidad de
gases valorizables energéticamente (H2 y/o CH4) separando etapas en
distintos reactores y proporcionando condiciones óptimas de crecimiento a
las distintas familias de microorganismos.
Hidrógeno gas y dióxido de carbono
H2 + CO2
ACETATO (2 carbonos)
CH3-COOSULFUROGÉNESIS
METANOGÉNESIS
72 %
(H2S + CO2)
28 %
METANO Y DIÓXIDO DE CARBONO
CH4 + CO2
120 MJ/Kg
CO2,
Como el poder calorífico del hidrógeno es 2,6 veces superior al del metano,
la energía total obtenida de la combustión de ambos gases es superior a la obtenida
de la digestión anaerobia en una sola etapa.
Sustrato
H2
50 MJ/Kg
+
Etapa 1
CH4
, CO2
Etapa 2
AGV
Acético
Propiónico
Butírico
Valérico
Digestato
SISTEMAS BIOELECTROQUÍMICOS
Los sistemas bioelectroquímicos (microbial fuel cells (MFC) o microbial electrolitic
cells (MEC)) han sido descritos como tecnologías prometedoras para mejorar la
sostenibilidad de la depuración de aguas residuales ya que permiten generar electricidad o
bio-hidrógeno a expensas de la degradación biológica de la materia orgánica por parte de
bacterias “eléctricamente activas”.
En las MFCs se genera una corriente eléctrica desde un ánodo a un cátodo siendo el aceptor
de electrones el oxígeno que es reducido a agua.
En las MEC, los protones generados por la oxidación de la materia orgánica son reducidos
generando bio-hidrógeno en el cátodo, para lo que a diferencia de las MFC, se precisa un
aporte de corriente eléctrica que catalice la reacción. La oxidación de materia orgánica tanto
en las MFC como en las MEC permite un balance energético positivo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
MONTAJE EXPERIMENTAL
Diseño y puesta a punto de metodologías y montajes
experimentales a escala piloto para la investigación de la producción de
biohidrógeno y biogás
Evaluación de la eficiencia de la “dark fermentation” y de la
tecnología de los BES, a través de ensayos experimentales.
Comparación de ambas tecnologías para la producción de biohidrógeno, incidiendo en el rendimiento de producción, problemáticas y
limitaciones de operación.
 Evaluar el papel desempeñado por los principales grupos de poblaciones
microbianas implicadas en los procesos biológicos de producción de
biohidrógeno y biogás, como herramienta de control avanzado de dichos
procesos. Para ello se pondrán a punto herramientas de biología molecular
basadas en PCR y DGGE.
Estudiar la mejora de la producción y calidad del bio-hidrógeno y el
biogás a través de nuevos pre-tratamientos
Profundizar en la aplicación de los resultados del proyecto en la
Comunidad Valenciana incidiendo en el potencial disponible de los recursos
residuales y el potencial energético asociado.
Planta laboratorio pretratamiento
“ULTRASONIDOS”
Planta laboratorio 2 fases
“DARK FERMENTATION”
Planta laboratorio
“SISTEMA BIOELÉCTRICO”
(Microbial fuel cells (MFC)