A conversão biológica hidrogênio-metano refere-se à produção de metano pela ação de microrganismos a partir do hidrogênio gerado pela eletrólise da água com energia residual e do dióxido de carbono presente no biogás. Esta abordagem promete superar as limitações do armazenamento de hidrogénio, reduzindo os encargos financeiros da modernização do biogás e permitindo a utilização de CO₂ com carbono negativo. em biogás.



Anteriormente, pesquisadores do Instituto Qingdao de Bioenergia e Tecnologia de Bioprocessos da Academia Chinesa de Ciências domesticaram e obtiveram microrganismos com alta eficiência de conversão de hidrogênio-metano. Eles também desenvolveram dois processos de produção para conversão biológica de hidrogênio-metano in-situ e ex-situ. No entanto, o principal factor que limita a eficiência da conversão hidrogénio-metano continua a ser a baixa taxa de transferência de massa gás-líquido do hidrogénio.

Para resolver as limitações das baixas taxas de transferência de massa de hidrogênio no processo de conversão de hidrogênio-metano, os pesquisadores desenvolveram um filtro biotrickling (BTF), que facilita o crescimento de microrganismos usando material de embalagem com superfície interna rugosa. Garante o contato total entre as fases gasosa e líquida, aumentando assim a eficiência da utilização do hidrogênio.

O estudo foi publicado no Chemical Engineering Journal .

Neste estudo, os pesquisadores começaram explorando os efeitos das temperaturas (25°C, 37°C e 55°C) na via de conversão hidrogênio-metano para determinar a temperatura ideal para os filtros de biotrickling. Durante a operação do filtro biotrickling, os efeitos dos materiais de embalagem (ceramita, pedra vulcânica, carvão ativado) e a proporção ideal do gás de entrada (H₂ /CO₂ , v/v) no processo de conversão foram avaliados.

Segundo os pesquisadores, os materiais de embalagem selecionados eram ecologicamente corretos e sua grande área superficial específica e porosidade facilitaram o crescimento e a fixação de microrganismos. Isto garante contato suficiente entre os microrganismos e a fase gasosa, o que aumenta muito a transferência de massa gás-líquido.

Os resultados mostraram que temperaturas mais altas conduzem à conversão de hidrogênio-metano. A 25°C, a eficiência de conversão hidrogénio-metano foi baixa (2,5 L/Lw·d), e a maior parte do hidrogénio e do dióxido de carbono foram utilizados para produzir acetato.

A 55°C, embora o processo de reação tenha sido inicialmente instável, eventualmente alcançou estabilidade e obteve uma eficiência de conversão hidrogênio-metano de 8,3 L/Lw·d. Em contraste, a eficiência de conversão ainda era substancial a 37°C, atingindo 7,1 L/Lw·d. Notavelmente, não houve diferença significativa no processo global de metanogênese entre 37°C e 55°C.

Além disso, o gás de entrada ideal (H₂ /CO₂ ) foi determinada no experimento BTF, alcançando a proporção mais satisfatória em 2,5:1 (H₂ /CO₂ , v/v), que foi inferior aos valores relatados anteriormente, mas foi alcançada maior eficiência de remoção de dióxido de carbono.

Os biofilmes aderidos aos três materiais de empacotamento alcançaram uma eficiência de conversão efetiva de hidrogênio-metano na proporção de 2,5:1, com o BTF usando carvão ativado como material de empacotamento alcançando a eficiência de conversão mais alta e mais estável (91,9%).

A medição relativa da intensidade de fluorescência confirmou que o carvão ativado apresentou imobilização microbiana superior. Este estudo fornece uma abordagem promissora para a aplicação de BTFs na conversão de biogás hidrogênio-metano.

Mais informações: Jie-Hua Huang et al, Atualização de biogás por filtro de biotrickling:Efeitos da temperatura e materiais de embalagem, Chemical Engineering Journal (2023). DOI:10.1016/j.cej.2023.148367
Informações do diário: Jornal de Engenharia Química

Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências