Under de senaste åren har flera tekniker utvecklats för att rena biogas till biometan, främja dess användning som icke-fossilt bränsle och därmed minska metanutsläppen som inte kan avluftas¹. Luftföroreningar är ett problem som påverkar större delen av världens befolkning, särskilt i urbaniserade områden. I slutändan andas cirka 92 % av världens befolkning förorenad luft². I Latinamerika orsakas luftföroreningarna främst av användningen av bränslen, där 48 % av luftföroreningarna 2014 orsakades av el- och värmeproduktionssektorn³.

Under det senaste decenniet har fler och fler studier föreslagits om sambandet mellan föroreningar i luften och ökningen av dödligheten, som hävdar att det finns ett starkt samband mellan de båda datauppsättningarna, särskilt i barnpopulationer.

Som ett sätt att undvika fortsatta luftföroreningar har flera strategier föreslagits. En av dessa är användningen av förnybara energikällor, inklusive vindkraftverk och solceller, som minskar utsläppen av koldioxid_i atmosfären ^4,5. En annan förnybar energikälla kommer från biogas, en biprodukt av anaerob nedbrytning av organiskt material, som produceras tillsammans med en flytande organisk rötrest⁶. Denna gas består av en blandning av gaser, och deras proportioner beror på källan till organiskt material som används för anaerob nedbrytning (avloppsslam, boskapsgödsel eller agroindustriellt bioavfall). I allmänhet är dessa andelar 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), kolväten (0-200 mg/m³) och siloxaner (0-41 mg/m³)^7,8,9, där det vetenskapliga samfundet är intresserat av metangas eftersom detta är den förnybara energetiska komponenten i blandningen.

Biogas kan dock inte bara förbrännas som erhållen eftersom biprodukterna från reaktionen kan vara skadliga och förorenande; Detta ökar behovet av att behandla och rena blandningen för att öka andelen metan och minska resten, vilket i huvudsak omvandlar den till biometan¹⁰. Den här processen kallas även för uppgradering. Även om det för närvarande finns kommersiella tekniker för denna behandling, har dessa tekniker flera ekonomiska och miljömässiga nackdelar 11,12,13. Till exempel ger system med aktivt kol och vattentvätt (ACF-WS), tryckvattentvätt (PWS), gaspermeation (GPHR) och trycksvängningsadsorption (PSA) vissa ekonomiska eller andra nackdelar med miljöpåverkan. Ett genomförbart alternativ (figur 1) är användningen av biologiska system, t.ex. sådana som kombinerar mikroalger och bakterier som odlas i fotobioreaktorer. Några fördelar inkluderar enkelheten i design och drift, de låga driftskostnaderna och dess miljövänliga drift och biprodukter 10,13,14. När biogas renas till biometan kan den senare användas som ersättning för naturgas, och rötresten kan implementeras som en källa till näringsämnen för att stödja mikroalgtillväxten i systemet¹⁰.

En metod som ofta används i denna uppgraderingsprocedur är tillväxt av mikroalger i öppna löpbanefotoreaktorer i kombination med en absorptionskolonn på grund av de lägre driftskostnaderna och det minimala investeringskapital som krävs⁶. Den mest använda typen av löpbanereaktor för denna applikation är höghastighetsalgdammen (HRAP), som är en grund löpbanedamm där cirkulationen av algbuljongen sker via ett skovelhjul med låg effekt¹⁴. Dessa reaktorer behöver stora ytor för att installeras och är mycket känsliga för kontaminering om de används utomhus. I biogasreningsprocesser rekommenderas att man använder alkaliska förhållanden (pH > 9,5) och användning av algarter som trivs i högre pH-nivåer för att förbättra avlägsnandet av CO₂ och H₂S samtidigt som kontaminering^{undviks 15,16}.

Denna forskning syftade till att bestämma biogasreningseffektiviteten och slutproduktionen av biometan med hjälp av HRAP-fotobioreaktorer i kombination med ett absorptionsdesorptionskolonnsystem och ett mikroalgskonsortium.