El filtro biopercolador apoya la conversión eficiente de hidrógeno-metano para la mejora biológica del biogás

La conversión biológica de hidrógeno-metano se refiere a la producción de metano por acción de microorganismos a partir del hidrógeno generado por la electrólisis del agua con energía residual y dióxido de carbono presente en el biogás. Este enfoque promete superar las limitaciones del almacenamiento de hidrógeno, reduciendo la carga financiera de la modernización del biogás y permitiendo el uso de CO2 con emisiones de carbono negativas._dos en biogás.

Anteriormente, investigadores del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao de la Academia de Ciencias de China domesticaron y obtuvieron microorganismos con alta eficiencia de conversión de hidrógeno-metano. También desarrollaron dos procesos de producción para la conversión biológica de hidrógeno-metano in situ y ex situ. Sin embargo, el principal factor que limita la eficiencia de la conversión de hidrógeno-metano sigue siendo la baja tasa de transferencia de masa gas-líquido del hidrógeno.

Para abordar las limitaciones de las bajas tasas de transferencia de masa de hidrógeno en el proceso de conversión de hidrógeno a metano, los investigadores desarrollaron un filtro biotrickling (BTF), que facilita el crecimiento de microorganismos utilizando material de embalaje con una superficie interior rugosa. Garantiza el contacto total entre las fases gaseosa y líquida, aumentando así la eficiencia en el uso del hidrógeno.

El estudio yo publiqué en Revista de Ingeniería Química.

En este estudio, los investigadores comenzaron explorando los efectos de las temperaturas (25°C, 37°C y 55°C) en la ruta de conversión de hidrógeno-metano para determinar la temperatura ideal para los filtros biopercoladores. Durante el funcionamiento del filtro biopercolador, los efectos de los materiales de embalaje (ceramita, piedra volcánica, carbón activado) y la proporción ideal del gas de entrada (H_dos/CO_dosv/v) en el proceso de conversión.

Según los investigadores, los materiales de embalaje seleccionados eran respetuosos con el medio ambiente y su gran superficie específica y porosidad facilitaban el crecimiento y la fijación de microorganismos. Esto asegura un contacto suficiente entre los microorganismos y la fase gaseosa, lo que aumenta considerablemente la transferencia de masa gas-líquido.

Los resultados mostraron que las temperaturas más altas conducen a la conversión de hidrógeno en metano. A 25°C, la eficiencia de conversión de hidrógeno-metano era baja (2,5 L/Lw·d) y la mayor parte del hidrógeno y el dióxido de carbono se utilizaron para producir acetato.

A 55°C, aunque el proceso de reacción fue inicialmente inestable, finalmente alcanzó estabilidad y logró una eficiencia de conversión de hidrógeno-metano de 8,3 L/Lw·d. Por el contrario, la eficiencia de conversión seguía siendo sustancial a 37°C, alcanzando 7,1 L/Lw·d. En particular, no hubo diferencias significativas en el proceso general de metanogénesis entre 37°C y 55°C.

Además, el gas de entrada ideal (H_dos/CO_dos) se determinó en el experimento BTF, alcanzando la relación más satisfactoria en 2,5:1 (H_dos/CO_dosv/v), que fue inferior a los valores informados anteriormente, pero se logró una mayor eficiencia de eliminación de dióxido de carbono.

Las biopelículas adheridas a los tres materiales de embalaje lograron una eficiencia de conversión efectiva de hidrógeno-metano en una proporción de 2,5:1, y BTF utilizó carbón activado como material de embalaje logrando la eficiencia de conversión más alta y estable (91, 9%).

La medición de la intensidad relativa de la fluorescencia confirmó que el carbón activado mostró una inmovilización microbiana superior. Este estudio proporciona un enfoque prometedor para la aplicación de BTF en la conversión de biogás de hidrógeno a metano.