準工業用高速藻類池における微細藻類-バクテリアシステムを用いたバイオガス精製

近年、バイオガスをバイオメタンに精製し、非化石燃料としての利用を促進する技術がいくつか登場し、脱気不可能なメタン排出を軽減しています¹。大気汚染は、特に都市部で世界の人口のほとんどに影響を与える問題です。最終的に、世界人口の約92%が汚染された空気を吸っています²。ラテンアメリカでは、大気汚染率は主に燃料の使用によって引き起こされており、2014年には大気汚染の48%が電力および熱生産部門によってもたらされました³。

過去10年間で、大気中の汚染物質と死亡率の増加との関係に関する研究がますます提案されており、特に子供の集団において、両方のデータセットの間に強い相関関係があると主張しています。

大気汚染の継続を回避する方法として、いくつかの戦略が提案されています。その1つが、風力タービンや太陽電池などの再生可能エネルギー源の使用であり、大気中への_CO2放出を減少させます^4,5。別の再生可能エネルギー源は、有機物の嫌気性消化の副産物であるバイオガスから来ており、液体有機消化物^とともに生成されます6。このガスはガスの混合物で構成されており、その割合は嫌気性消化に使用される有機物(下水汚泥、家畜の糞尿、または農工業バイオ廃棄物)の供給源によって異なります。一般に、これらの割合は、CH₄(53%-70%vol)、CO₂(30%-47%vol)、N₂(0%-3%vol)、H₂O(5%-10%vol)、O₂(0%-1%vol)、H₂S(0-10,000 ppmv)、NH₃(0-100 ppmv)、炭化水素(0-200 mg / m³)およびシロキサン(0-41 mg / m³)^7,8,9であり、科学界は、これが混合物の再生可能なエネルギー成分であるため、メタンガスに関心を持っています。

ただし、バイオガスは、反応の副生成物が有害で汚染物質になる可能性があるため、得られたとおりに単純に燃焼させることはできません。これにより、混合物を処理および精製してメタンの割合を増やし、残りを減らして、本質的にバイオメタンに変換する必要性が高まります¹⁰。このプロセスは、アップグレードとも呼ばれます。現在、この治療法には商用技術がありますが、これらの技術にはいくつかの経済的および環境的欠点があります^11、12、13。たとえば、活性炭と水洗浄(ACF-WS)、圧力水洗浄(PWS)、ガス透過(GPHR)、および圧力スイング吸着(PSA)を備えたシステムは、環境への影響の経済的またはその他の欠点を示します。実行可能な代替案(図1)は、微細藻類とフォトバイオリアクターで増殖したバクテリアを組み合わせたような生物学的システムを使用することです。いくつかの利点には、設計と操作のシンプルさ、低い運用コスト、および環境に優しい操作と副産物が含まれます10,13,14。バイオガスがバイオメタンに精製されるとき、後者は天然ガスの代替として使用され得、消化物は、システム¹⁰内の微細藻類の成長をサポートするための栄養源として実装され得る。

このアップグレード手順で広く使用されている方法は、運用コストが低く^{、必要な投資}資本が最小限であるため、吸収カラムと組み合わせたオープンレースウェイフォトリアクターでの微細藻類の成長です6。この用途に最も使用されるタイプの軌道面反応器は、高速藻類池(HRAP)であり、これは、藻類ブロスの循環が低出力パドルホイール¹⁴を介して発生する浅い軌道面池である。これらの原子炉は、設置に広い面積を必要とし、屋外条件で使用すると汚染の影響を非常に受けやすくなります。バイオガス精製プロセスでは、アルカリ性条件(pH > 9.5)を使用し、汚染を回避しながら_CO2およびH₂Sの除去を強化するために、より高いpHレベルで繁栄する藻類種を使用することをお勧めします^15,16。

この研究は、吸収脱着カラムシステムおよび微細藻類コンソーシアムと組み合わせたHRAPフォトバイオリアクターを使用して、バイオガス処理効率とバイオメタンの最終生産を決定することを目的としています。