Biogaszuivering door het gebruik van een microalgenbacterieel systeem in semi-industriële algenvijvers met hoge snelheid

In de afgelopen jaren zijn er verschillende technologieën ontstaan om biogas te zuiveren tot biomethaan, waarbij het gebruik ervan als niet-fossiele brandstof wordt bevorderd en zo de uitstoot van onontluchtbaar methaan wordt verminderd¹. Luchtvervuiling is een probleem dat het grootste deel van de wereldbevolking treft, vooral in verstedelijkte gebieden; Uiteindelijk ademt ongeveer 92% van de wereldbevolking vervuilde lucht^{in 2}. In Latijns-Amerika worden de luchtverontreinigingspercentages voornamelijk veroorzaakt door het gebruik van brandstoffen, waarbij in 2014 48% van de luchtverontreiniging werd veroorzaakt door de elektriciteits- en warmteproductiesector³.

In het afgelopen decennium zijn er steeds meer studies voorgesteld over de relatie tussen verontreinigende stoffen in de lucht en de toename van sterftecijfers, met het argument dat er een sterke correlatie is tussen beide datasets, met name bij kinderen.

Om te voorkomen dat de luchtverontreiniging voortduurt, zijn verschillende strategieën voorgesteld; een daarvan is het gebruik van hernieuwbare energiebronnen, waaronder windturbines en fotovoltaïsche cellen, die de uitstoot van CO₂ in de atmosfeer verminderen ^4,5. Een andere hernieuwbare energiebron is biogas, een bijproduct van de anaërobe vergisting van organisch materiaal, geproduceerd samen met een vloeibaar organisch digestaat⁶. Dit gas bestaat uit een mengsel van gassen en hun verhoudingen zijn afhankelijk van de bron van organisch materiaal dat wordt gebruikt voor anaërobe vergisting (zuiveringsslib, rundveemest of agro-industrieel bioafval). Over het algemeen zijn deze verhoudingen 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), koolwaterstoffen (0-200 mg/m³) en siloxanen (0-41 mg/m³)^7,8,9, waarbij de wetenschappelijke gemeenschap geïnteresseerd is in het methaangas omdat dit de hernieuwbare energetische component van het mengsel is.

Biogas kan echter niet zomaar worden verbrand zoals het is verkregen, omdat de bijproducten van de reactie schadelijk en verontreinigend kunnen zijn; Dit verhoogt de noodzaak om het mengsel te behandelen en te zuiveren om het percentage methaan te verhogen en de rest te verlagen, waardoor het in wezen wordt omgezet in biomethaan¹⁰. Dit proces wordt ook wel upgraden genoemd. Hoewel er momenteel commerciële technologieën voor deze behandeling zijn, hebben deze technologieën verschillende economische en ecologische nadelen 11,12,13. Systemen met actieve kool en waterreiniging (ACF-WS), hogedrukreiniging (PWS), gaspermeatie (GPHR) en drukschommelingsadsorptie (PSA) hebben bijvoorbeeld enkele economische of andere nadelen van milieu-impact. Een levensvatbaar alternatief (figuur 1) is het gebruik van biologische systemen, zoals systemen die microalgen combineren met bacteriën die in fotobioreactoren worden gekweekt; Enkele voordelen zijn de eenvoud van ontwerp en bediening, de lage bedrijfskosten en de milieuvriendelijke werking en bijproducten 10,13,14. Wanneer biogas wordt gezuiverd tot biomethaan, kan dit laatste worden gebruikt als vervanging voor aardgas en kan het digestaat worden gebruikt als een bron van voedingsstoffen om de groei van microalgen in het systeem te ondersteunen¹⁰.

Een methode die veel wordt gebruikt bij deze opwaarderingsprocedure is de groei van microalgen in fotoreactoren met open toevoerkanalen in combinatie met een absorptiekolom vanwege de lagere bedrijfskosten en het minimale benodigde investeringskapitaal⁶. Het meest gebruikte type raceway-reactor voor deze toepassing is de high-rate algenvijver (HRAP), een ondiepe drijfkanaalvijver waar de circulatie van de algenbouillon plaatsvindt via een schoepenrad met laag vermogen¹⁴. Deze reactoren hebben grote oppervlakken nodig voor hun installatie en zijn zeer gevoelig voor besmetting bij gebruik in de buitenlucht; bij biogaszuiveringsprocessen wordt geadviseerd om alkalische omstandigheden (pH > 9,5) te gebruiken en algensoorten te gebruiken die gedijen bij hogere pH-waarden om de verwijdering van CO_{2 en} H₂S te verbeteren en verontreiniging te voorkomen^15,16.

Dit onderzoek was gericht op het bepalen van de efficiëntie van de biogasbehandeling en de uiteindelijke productie van biomethaan met behulp van HRAP-fotobioreactoren in combinatie met een absorptie-desorptiekolomsysteem en een microalgenconsortium.