Microalga como fuente de biomasa para la producción de biogás

Abstract

"La biomasa microalgal es un sustrato idóneo para la producción de biocombustibles carbono neutrales, que representan una alternativa al uso de combustibles fósiles, entre ellos se encuentra el biogás. El biogás es una mezcla de 55-75% (CH4) y 45-25% (CO2) y se obtiene por medio de un proceso denominado digestión anaerobia. En el caso de la biomasa microalgal, es necesaria la aplicación de un pretratamiento a dicha biomasa para liberar los compuestos orgánicos susceptibles de convertirse en biocombustible, y así favorecer el proceso de digestión anaerobia. Cuando la digestión anaerobia se realiza en condiciones alcalinas el porcentaje de CH4 en el biogás será mayor que el obtenido a pH neutro, debido al equilibrio de fases a pH alcalino entre el CO2 producido por la DA y su disolución como bicarbonato en el líquido. Por tanto, resultaría conveniente aplicar un pretratamiento alcalino a la biomasa microalgal y posteriormente realizar la producción de metano en condiciones alcalinas, y evitar el uso de reactivos para neutralizar el pH de la biomasa pretratada. Además el acoplamiento de la digestión anaerobia con el cultivo de biomasa microalgal presenta la capacidad de secuestrar CO2 ya sea atmosférico, del propio biogás o del generado durante su combustión, así como de reciclar nutrientes (N y P). El presente trabajo tuvo como objetivo determinar la factibilidad de utilizar biomasa microalgal pretratada en condiciones alcalinas como sustrato para la producción de biogás. Se evaluaron diferentes pretratamientos termoalcalinos con distintos álcalis y condiciones de temperatura (NaOH y CaO); además se usó peróxido de hidrógeno alcalino (PHA). Los pretratamientos se realizaron sobre 2 lotes diferentes de biomasa microalgal de Scenedesmus obtusiusculus. Después de aplicar los diferentes pretratamientos termoalcalinos, se observó un aumento en la solubilización de materia orgánica de 10.8 a 19.5% con los diferentes pretratamientos. La digestión anaerobia en condiciones alcalinas requirió la aclimatación gradual de un lodo a pH 9, la cual se llevó a cabo en un reactor UASB de 1.25 L con un TRH 27.2 h. Las pruebas de potencial de metano se realizaron con un pH inicial de 9 en donde el rendimiento de producción más alto se obtuvo con PHA 1.5% a 50°C por 1.5 h para el Lote 1 y con NaOH 4 M a 120°C por 20 min tanto para el Lote 2 de biomasa microalgal (320.6 mL CH4/g SV y 227.1 mL CH4/g SV respectivamente). En cuanto a la velocidad de producción de metano no se encontraron diferencias significativas (p>0.5) entre la biomasa pretratada y sin pretratar en el Lote 1, para el Lote 2 la velocidad de producción más alta se obtuvo con NaOH 4M (28.8 mL/g SV·d). El porcentaje de metano presente en los ensayos de potencial de metano estuvo entre 78 a 100% a pH 9 y no fue necesaria la neutralización del hidrolizado ya que se contaba con lodo aclimatado a condiciones alcalinas."

"Microalgal biomass is an ideal substrate for the production of neutral carbon biofuels, such as biogas, which represents an alternative to the use of fossil fuels. Biogas is a mixture of 55-75% (CH4) and 45-25% (CO2) and is obtained by anaerobic digestion. In order to digest the microalgal biomass it is necessary to apply a pretreatment to release the organic compounds susceptible to be transformed into biofuel, and thus favor the anaerobic digestion process. If the anaerobic digestion is carried out under alkaline conditions, the CH4 content in the biogas will be higher than that obtained at neutral pH, due to the phase equilibrium reached between the CO2 produce by the anaerobic digestion and its dissolution as bicarbonate in the liquid phase. Therefore, it would be convenient to apply an alkaline pretreatment to the microalgal biomass and subsequently to produce methane under alkaline conditions, and avoid the use of reagents to neutralize the pH of the pre-treated biomass. Besides the coupling of anaerobic digestion with microalgal biomass culture has the ability to sequester atmospheric CO2 and CO2 from the combustion process, as well as recycling nutrients (N and P). The aim of this work was to determine the feasibility of using pre-treated microalgal biomass as a substrate for the production of biogas under alkaline conditions. Therefore, different thermoalkaline pretreatments were evaluated with different conditions of temperature and alkalis NaOH and CaO; alkaline hydrogen peroxide (PHA) was also used for alkaline pretreatment. After applying the different thermoalkaline pretreatments to two lots of the microalgae Scenedesmus obtusiusculus (1 and 2), an increase in the solubilization of organic matter was observed from 10.8 to 19.5% with the different pretreatments. Anaerobic digestion under alkaline conditions required the gradual acclimatization of the anaerobic sludge at pH 9, which was carried out in a UASB reactor of 1.25 L with a HRT of 27.2 h. The methane potential tests were performed with an initial pH of 9 where the highest production yield was obtained with PHA 1.5% at 50 °C for 1.5 h for Lot 1 and with the pretreatment 4 M NaOH at 120 ° C for 20 min for Lot 2 (320.6 mL CH4 / g SV and 227.1 mL CH4 / g SV respectively). Regarding the rate of methane production, no significant differences were found (p> 0.5) between pretreated and untreated biomass in Lot 1, for Lot 2 the highest production rate was obtained with 4M NaOH (28.8 mL/g SV·d). The percentage of methane present in the methane potential tests varied from 78 to 100% at pH 9 and the neutralization of the hydrolysate was not necessary because an acclimated inoculum to alkaline pH was used."