Biologische waterstof-methaanconversie verwijst naar de productie van methaan door de werking van micro-organismen met behulp van waterstof gegenereerd door elektrolyse van water met restenergie en kooldioxide aanwezig in biogas. Deze aanpak belooft de beperkingen van waterstofopslag te overwinnen, de financiële lasten van het opwaarderen van biogas te verlagen en een koolstofnegatief gebruik van CO₂ mogelijk te maken. in biogas.

Eerder hebben onderzoekers van het Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology van de Chinese Academie van Wetenschappen micro-organismen gedomesticeerd en verkregen met een hoge waterstof-methaan-omzettingsefficiëntie. Ook hebben ze twee productieprocessen ontwikkeld voor in-situ en ex-situ biologische waterstof-methaanconversie. De belangrijkste factor die de efficiëntie van de waterstof-methaanomzetting beperkt, blijft echter de lage gas-vloeistofmassaoverdrachtssnelheid van waterstof.

Om de beperkingen van de lage waterstofmassaoverdrachtssnelheden in het waterstof-methaanomzettingsproces aan te pakken, ontwikkelden de onderzoekers een biotricklingfilter (BTF), dat de groei van micro-organismen vergemakkelijkt door gebruik te maken van verpakkingsmateriaal met een ruw inwendig oppervlak. Het zorgt voor volledig contact tussen de gas- en vloeistoffase, waardoor de efficiëntie van het waterstofgebruik wordt verhoogd.

Het onderzoek is gepubliceerd in Chemical Engineering Journal .

In deze studie begonnen de onderzoekers met het onderzoeken van de effecten van temperaturen (25°C, 37°C en 55°C) op het waterstof-methaan-omzettingstraject om de optimale temperatuur voor de biotricklingfilters te bepalen. Tijdens de werking van het biotricklingfilter worden de effecten van de verpakkingsmaterialen (keramiet, vulkanisch gesteente, actieve kool) en de optimale verhouding van het invoergas (H₂ /CO₂ , v/v) over het conversieproces werden geëvalueerd.

Volgens de onderzoekers waren de geselecteerde verpakkingsmaterialen milieuvriendelijk en vergemakkelijkten hun grote specifieke oppervlak en porositeit de groei en hechting van micro-organismen. Dit zorgt voor voldoende contact tussen de micro-organismen en de gasfase, wat de gas-vloeistofmassaoverdracht enorm bevordert.

De resultaten toonden aan dat hogere temperaturen bevorderlijk zijn voor de omzetting van waterstof-methaan. Bij 25°C was de waterstof-methaan-omzettingsefficiëntie laag (2,5 L/Lw·d) en werd het grootste deel van de waterstof en kooldioxide gebruikt om acetaat te produceren.

Hoewel het reactieproces aanvankelijk onstabiel was, bereikte het bij 55°C uiteindelijk stabiliteit en behaalde het een waterstof-methaan-omzettingsrendement van 8,3 L/Lw.d. Daarentegen was de conversie-efficiëntie nog steeds substantieel bij 37°C, waarbij 7,1 L/Lw.d werd bereikt. Er was met name geen significant verschil in het totale methanogeneseproces tussen 37°C en 55°C.

Bovendien is het optimale inputgas (H₂ /CO₂ ) verhouding werd bepaald in het BTF-experiment, waarbij de meest bevredigende verhouding werd bereikt bij 2,5:1 (H₂ /CO₂ , v/v), wat lager was dan eerder gerapporteerde waarden, maar er werd een hogere efficiëntie van de koolstofdioxideverwijdering bereikt.

De biofilms die aan de drie verpakkingsmaterialen vastzaten bereikten allemaal een effectieve waterstof-methaan-omzettingsefficiëntie in een verhouding van 2,5:1, waarbij de BTF met actieve kool als verpakkingsmateriaal de hoogste en meest stabiele conversie-efficiëntie behaalde (91,9%). P>

De relatieve fluorescentie-intensiteitsmeting bevestigde dat actieve kool een superieure microbiële immobilisatie had. Deze studie biedt een veelbelovende aanpak voor de toepassing van BTF's bij de conversie van biogas waterstof-methaan.

Meer informatie: Jie-Hua Huang et al, Biogasopwaardering door biotricklingfilter:effecten van temperatuur en verpakkingsmaterialen, Chemical Engineering Journal (2023). DOI:10.1016/j.cej.2023.148367

Journaalinformatie: Tijdschrift voor chemische technologie

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen