Purificación de biogás mediante el uso de un sistema de microalgas-bacterias en estanques semiindustriales de algas de alta tasa

En los últimos años, han surgido varias tecnologías para purificar el biogás a biometano, promoviendo su uso como combustible no fósil, mitigando así las emisiones de metano no aireables¹. La contaminación del aire es un problema que afecta a la mayor parte de la población mundial, particularmente en las zonas urbanizadas; En definitiva, alrededor del 92% de la población mundial respira aire contaminado². En América Latina, las tasas de contaminación del aire son generadas principalmente por el uso de combustibles, ya que en 2014, el 48% de la contaminación del aire fue provocada por el sector de producción de electricidad y calor³.

En la última década, cada vez se han propuesto más estudios sobre la relación entre los contaminantes en el aire y el aumento de las tasas de mortalidad, argumentando que existe una fuerte correlación entre ambos conjuntos de datos, particularmente en poblaciones infantiles.

Como una forma de evitar que continúe la contaminación del aire, se han propuesto varias estrategias; uno de ellos es el uso de fuentes de energía renovables, incluyendo turbinas eólicas y células fotovoltaicas, que disminuyen la liberación de_CO2 a la atmósfera ^4,5. Otra fuente de energía renovable proviene del biogás, un subproducto de la digestión anaeróbica de la materia orgánica, producido junto con un digestato orgánico líquido⁶. Este gas está compuesto por una mezcla de gases, y sus proporciones dependen de la fuente de materia orgánica utilizada para la digestión anaeróbica (lodos de depuradora, estiércol de ganado o biorresiduos agroindustriales). Generalmente, estas proporciones son_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), hidrocarburos (0-200 mg/^m3) y siloxanos (0-41 mg/m³)^7,8,9, donde la comunidad científica está interesada en el gas metano ya que es el componente energético renovable de la mezcla.

Sin embargo, el biogás no puede quemarse simplemente como se obtuvo, ya que los subproductos de la reacción pueden ser nocivos y contaminantes; Esto plantea la necesidad de tratar y purificar la mezcla para aumentar el porcentaje de metano y disminuir el resto, convirtiéndolo esencialmente en biometano¹⁰. Este proceso también se conoce como actualización. A pesar de que, en la actualidad, existen tecnologías comerciales para este tratamiento, estas tecnologías tienen varios inconvenientes económicos y ambientales 11,12,13. Por ejemplo, los sistemas con carbón activado y lavado con agua (ACF-WS), lavado con agua a presión (PWS), permeación de gas (GPHR) y adsorción por oscilación de presión (PSA) presentan algunos inconvenientes económicos o de otro tipo de impacto ambiental. Una alternativa viable (Figura 1) es el uso de sistemas biológicos como los que combinan microalgas y bacterias cultivadas en fotobiorreactores; Algunas ventajas incluyen la simplicidad de diseño y operación, los bajos costos operativos y sus operaciones y subproductos respetuosos con el medio ambiente 10,13,14. Cuando el biogás se purifica a biometano, este último se puede utilizar como sustituto del gas natural, y el digestato se puede implementar como una fuente de nutrientes para apoyar el crecimiento de microalgas en el sistema¹⁰.

Un método ampliamente utilizado en este procedimiento de mejora es el crecimiento de microalgas en fotorreactores de canalización abierta junto con una columna de absorción debido a los menores costos de operación y al mínimo capital de inversión necesario⁶. El tipo de reactor de canalización más utilizado para esta aplicación es el estanque de algas de alta velocidad (HRAP), que es un estanque de canalización poco profundo donde la circulación del caldo de algas se produce a través de una rueda de paletas de baja potencia¹⁴. Estos reactores necesitan grandes superficies para su instalación y son muy susceptibles a la contaminación si se utilizan en condiciones exteriores; en los procesos de purificación de biogás, se aconseja utilizar condiciones alcalinas (pH > 9,5) y el uso de especies algales que prosperen en niveles de pH más altos para mejorar la eliminación de CO₂ y_H2S evitando la contaminación^15,16.

Esta investigación tuvo como objetivo determinar las eficiencias del tratamiento del biogás y la producción final de biometano utilizando fotobiorreactores HRAP acoplados a un sistema de columna de absorción-desorción y un consorcio de microalgas.