Produción de biometano a partir del gas de síntesis derivado de la gasificación de resíduos sólidos como una alternativa de tecnología limpia a la generación de combustibles fósiles.

Abstract

Con el aumento de la población y del consumo ligado a este crecimiento, se deben buscar soluciones urgentes en el marco de la economía circular en diferentes sectores, dada la cantidad y potencial de los residuos que se generan diariamente. En el sector de los residuos, una solución muy relevante en Europa es su valorización energética. Sin embargo, esta tecnología está asociada a un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente CO, CO₂ y 𝐶��𝐻��4. Por ello, se están buscando medidas para tratar estos gases residuales, con el objetivo de reducir la contaminación atmosférica. Un tratamiento alternativo para estos gases es la fermentación con bacterias y su conversión de productos de valor comercial, como el biometano. En este estudio, se evaluaron dos sistemas microbianos, a saber, un cocultivo sintrófico con presencia de Methanothermobacter thermautotrophicus y Carboxydothermus hydrogenoformans y un consorcio microbiano mixto, con el objetivo de dilucidar su potencial de generación de biometano en biofiltros, utilizando un gas sintético, con composición similar a la obtenida en la gasificación de biomasa (35% H₂, 30% CO, 25% CO₂ y 10% 𝐶��𝐻��4). Se evaluó sistematicamente la producción de biometano a caudales de 6, 12, 24 y 48 mL/min de gas de síntesis. Este estudio confirmó que el cocultivo sintrófico presentó una mayor oscilación en la eficiencia de biometanización a lo largo del tiempo, lo que indicó que este sistema es más sensible a las condiciones de operación y a posibles variaciones en el suministro de gas de síntesis y en el pH. A pesar de esta inestabilidad, el cocultivo sintrófico logró alcanzar el valor máximo de metanización observado en el estudio, correspondiente al 63,8%, utilizando un flujo de gas de síntesis de 24 mL/min en biofiltros de 2,1 litros de volumen util, lo que sugiere un alto potencial de biometanización. El consorcio microbiano mostró un comportamiento mucho más estable y consistente a lo largo del experimento, con un valor promedio de metano de 53,0% ± 1,4%, mostrando baja fluctuación entre mediciones y una alta selectividad para la producción de biometano en comparación con otros posibles productos secundarios. Esto indica que si bien el cocultivo sintrófico ha logrado la mejor eficiencia en el estudio, el consorcio microbiano podría ser una opción más robusta y confiable para aplicaciones a escala industrial, donde la estabilidad del proceso es un factor determinante.

With the increase in population and consumption linked to this growth, urgent solutions must be sought within the framework of the circular economy across various sectors, given the quantity and potential of the waste generated daily. In the waste sector, a highly relevant solution in Europe is energy recovery. However, this technology is associated with increased emissions of greenhouse gases, especially CO, CO₂, and CH₄. Therefore, measures are being sought to treat these residual gases in order to reduce air pollution. An alternative treatment for these gases is fermentation with bacteria and their conversion into commercially valuable products, such as biomethane. In this study, two microbial systems were evaluated: a syntrophic coculture involving Methanothermobacter thermautotrophicus and Carboxydothermus hydrogenoformans, and a mixed microbial consortium, aiming to elucidate their potential for biomethane generation in biofilters, using a synthetic gas with a composition similar to that obtained from biomass gasification (35% H₂, 30% CO, 25% CO₂, and 10% CH₄). Biomethane production was systematically evaluated at flow rates of 6, 12, 24, and 48 mL/min of synthesis gas. This study confirmed that the syntrophic coculture showed greater oscillation in biomethanation efficiency over time, indicating that this system is more sensitive to operating conditions and possible variations in synthesis gas supply and pH. Despite this instability, the syntrophic coculture achieved the highest methanation value observed in the study, corresponding to 63.8%, using a synthesis gas flow rate of 24 mL/min in 2.1-liter biofilters, suggesting a high biomethanation potential. The microbial consortium showed much more stable and consistent behavior throughout the experiment, with an average methane value of 53.0% ± 1.4%, showing low fluctuation between measurements and high selectivity for biomethane production compared to other possible by-products. This indicates that while the syntrophic coculture achieved the best efficiency in the study, the microbial consortium could be a more robust and reliable option for industrial-scale applications, where process stability is a determining factor.