Yarı Endüstriyel Yüksek Hızlı Alg Havuzlarında Mikroalg-Bakteri Sistemi Kullanılarak Biyogaz Saflaştırılması

Son yıllarda, biyogazı biyometana saflaştırmak, fosil olmayan yakıt olarak kullanımını teşvik etmek ve dolayısıyla yok edilemez metan emisyonlarını azaltmak için çeşitli teknolojiler ortaya çıkmıştır¹. Hava kirliliği, özellikle kentleşmiş bölgelerde, dünya nüfusunun çoğunu etkileyen bir sorundur; Sonuçta, dünya nüfusunun yaklaşık %92’si kirli hava solumaktadır². Latin Amerika’da hava kirliliği oranları çoğunlukla yakıt kullanımından kaynaklanmaktadır ve 2014 yılında hava kirliliğinin %48’i elektrik ve ısı üretim sektöründen kaynaklanmaktadır³.

Son on yılda, havadaki kirleticiler ile ölüm oranlarındaki artış arasındaki ilişki üzerine giderek daha fazla çalışma önerilmiş ve özellikle çocuk popülasyonlarında her iki veri seti arasında güçlü bir korelasyon olduğu savunulmuştur.

Hava kirliliğinin devam etmesini önlemenin bir yolu olarak çeşitli stratejiler önerilmiştir; Bunlardan biri, atmosfere CO₂ salınımını azaltan rüzgar türbinleri ve fotovoltaik hücreler dahil olmak üzere yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasıdır ^4,5. Başka bir yenilenebilir enerji kaynağı, sıvı bir organik çürütme⁶ ile birlikte üretilen organik maddenin anaerobik çürütmesinin bir yan ürünü olan biyogazdan gelir. Bu gaz, gazların bir karışımından oluşur ve oranları, anaerobik çürütme için kullanılan organik madde kaynağına (kanalizasyon çamuru, sığır gübresi veya tarımsal-endüstriyel biyolojik atık) bağlıdır. Genel olarak, bu oranlar_CH4 (% 53 -% 70 hacim), CO₂ (% 30 -% 47 hacim),_N2 (% 0 -% 3 hacim), H₂O (% 5 -% 10 hacim), O₂ (% 0 -% 1 hacim), H₂S (0-10.000 ppmv), NH₃ (0-100 ppmv), hidrokarbonlar (0-200 mg / m³) ve siloksanlar (0-41 mg / m³) ^7,8,9, burada bilim camiası metan gazı ile ilgilenmektedir, çünkü bu karışımın yenilenebilir enerjik bileşenidir.

Bununla birlikte, biyogaz elde edildiği gibi basitçe yakılamaz, çünkü reaksiyonun yan ürünleri zararlı ve kirletici olabilir; Bu, metan yüzdesini artırmak ve geri kalanını azaltmak için karışımı işleme ve saflaştırma ihtiyacını artırır, esasen onu biyometan^10’a dönüştürür. Bu işlem aynı zamanda yükseltme olarak da bilinir. Şu anda bu işlem için ticari teknolojiler olmasına rağmen, bu teknolojilerin çeşitli ekonomik ve çevresel dezavantajları vardır ^11,12,13. Örneğin, aktif karbon ve su yıkama (ACF-WS), basınçlı su yıkama (PWS), gaz geçirgenliği (GPHR) ve basınç salınımlı adsorpsiyon (PSA) içeren sistemler, çevresel etkinin bazı ekonomik veya diğer dezavantajlarını sunar. Uygulanabilir bir alternatif (Şekil 1), fotobiyoreaktörlerde yetiştirilen mikroalgleri ve bakterileri birleştirenler gibi biyolojik sistemlerin kullanılmasıdır; Bazı avantajlar arasında tasarım ve kullanımın basitliği, düşük işletme maliyetleri ve çevre dostu operasyonları ve yan ürünleri yer alır 10,13,14. Biyogaz biyometana saflaştırıldığında, ikincisi doğal gazın yerine kullanılabilir ve digestat, sistemde mikroalg büyümesini desteklemek için bir besin kaynağı olarak uygulanabilir¹⁰.

Bu yükseltme prosedüründe yaygın olarak kullanılan bir yöntem, daha düşük işletme maliyetleri ve gereken minimum yatırım sermayesi nedeniyle bir absorpsiyon kolonu ile birleştirilmiş açık kanal fotoreaktörlerinde mikroalglerin büyümesidir⁶. Bu uygulama için en çok kullanılan kanal reaktörü türü, alg suyunun sirkülasyonunun düşük güçlü bir kürek tekerleği¹⁴ aracılığıyla gerçekleştiği sığ bir kanal havuzu olan yüksek oranlı alg havuzudur (HRAP). Bu reaktörler kurulumları için geniş alanlara ihtiyaç duyar ve dış ortam koşullarında kullanıldığında kirlenmeye karşı çok hassastır; biyogaz arıtma işlemlerinde, kontaminasyonu önlerken_CO2 ve_H2S’nin uzaklaştırılmasını artırmak için alkali koşulların (pH > 9.5) ve daha yüksek pH seviyelerinde gelişen alg türlerinin kullanılması tavsiye edilir^15,16.

Bu araştırma, bir absorpsiyon-desorpsiyon kolon sistemi ve bir mikroalg konsorsiyumu ile birleştirilmiş HRAP fotobiyoreaktörleri kullanarak biyogaz arıtma verimliliklerini ve biyometanın nihai üretimini belirlemeyi amaçladı.