Optimization of photosynthetic.biogas upgradjng combined with algal biomass valorízation: Assessing alternative operating strategies and photobioreactor configurations

Abstract

En la presente tesis se investigaron dos nuevas estrategias de operación para minimizar el contenido de N2 y O2 en el biometano. La primera estrategia operacional consistió en la desgasificación del caldo de cultivo antes de alimentarlo a la columna de lavado de biogás interconectada al HRAP. Para ello se instaló una membrana de contacto líquido-gas de fibra hueca de polidimetilsiloxano (PDMS), la cual se operó a diferentes presiones de vacío. Se obtuvieron eficiencias de eliminación de oxígeno disuelto del caldo de cultivo ≥60 % operando a una presión de vacío entre 100 – 300 mbar, confirmándose la capacidad de la tecnología de membranas acoplada a la limpieza fotosintética del biogás para reducir el contenido de O2 del biometano. La segunda estrategia operacional reveló una mejora en la eliminación de CO2 y H2S al aumentar la presión de operación en la columna de lavado de biogás. Sin embargo, fue necesaria una sobrepresión mínima de 2 atm para limitar la desorción de N2 y O2. Los resultados de ambas estrategias operativas alcanzaron un biometano de alta calidad (CH4 > 87 %, CO2 0.9 – 9 %, N2 0.7 – 9 %, y O2 0 – 2 %) .La segunda parte de la investigación de esta tesis se centró en evaluar el rendimiento de la purificación fotosintética de biogás junto con la producción de biomasa algal en un FBR tubular interconectado a una columna externa de lavado de biogás. Durante 395 días se evaluó y optimizó la influencia de la alcalinidad y de la limitación de nitrógeno (N) en el caldo de cultivo en la calidad del biometano generado y en la composición de la biomasa obtenida. Una alta alcalinidad (~1700 mg L– 1) en el caldo de cultivo aseguró una composición de biometano que cumplía con las regulaciones internacionales para su inyección en redes de gas natural o su uso como combustible vehicular. Por otra parte, no se observó un efecto perjudicial sobre la calidad del biometano cuando se implementaron los ciclos de limitación de N. Además, la limitación de N promovió un aumento en la cantidad de carbohidratos almacenada en la biomasa algal, alcanzando valores hasta 2 veces superiores a los obtenidos en condiciones nutricionales normales. Estos resultados respaldan la posibilidad de utilizar la biomasa algal producida como materia prima para la producción de bioetanol.