Descripció del projecte
Disseny i desenvolupament d’una unitat de metanació biològica a partir de diòxid de carboni i hidrogen
L’interès en la metanació es basa en convertir un residu com el diòxid de carboni en un producte d’alt interès per la societat, i especialment pel sector industrial, com és el gas metà. Aquesta conversió s’aconsegueix mtijançant la combinació d’aquest amb hidrogen, integrant així les tecnologies d’hidrogen en la cadena de valor actual i contribuïnt a implementar el concepte Power-to-Gas, d’emmagatzematge massiu d’energies renovables en períodes de menor demanda.
La tecnologia de metanació biològica presenta certs avantatges respecte la seva precursora, metanació catalítica. Aquests es poden resumir en 1) condicions suaus d’operació (temperatura i pressió); 2) no dependència de materials crítics en la fabricació del catalitzador, com el níquel, ceri, lantà 3) tolerància molt superior a les impureses presents a la font de carboni, com ara compostos de sofre, aigua, amoníac, silicones i compostos orgànics volàtils. Per contra, la metanació biològica té, per pròpia definició, com a principals inconvenients: 1) temps de residència i volums de reactor molt elevats; 2) menor rendiment a metà degut al creixement microbià.
En aquest sentit, l’objectiu principal de la tesi doctoral serà dissenyar i desenvolupar una unitat competitiva de metanació biològica que pugui ser incorporada en les plantes que generen diòxid de carboni en els seus processos.
La metodologia del projecte de recerca consistirà en realitzar recerca experimental a partir d’un nou reactor de metanació biològica a escala de laboratori per tal d’identificar i optimitzar les principals condicions d’operació i) enriquiment de microorganismes metanogènics, ii) variables internes del reactor per tal d’intensificació de la tecnologia, iii) efectes dels fluxos interns i externs el l’eficiència del procés, iv) quantitats de micronutrients necessàries per augmentar l’eficència del procés.
A partir d’aquests resultats experimentals, es dissenyarà un procés industrial de metanació biològica. Aquesta segona fase consistirà en i) identificar les principals unitats necessàries, ii) dissenyar diagrames de flux i de procés, iii) integració de la unitat de metanació al procés industrial complet, com ara digestors anaeròbis, plantes d’upgrading, unitats d’electròlisis i unitats d’injecció de biometà, iv) optimització de costos per reduir el cost de la unitat de metà generada.
La tercera etapa consistirà, en aplicar els coneixements experimentals i enginyerils adquirits en les anteriors etapes, per tal de dissenyar i construir un mòdul de demostració experimental de la tecnologia. L’equip demostratiu tindrà una capacitat suficient per tal de ser avaluat en una planta real de generació de diòxid de carboni.
Aquest projecte de recerca es realitzarà al grup de recerca de Biotecnologia Ambiental de la Universitat de Barcelona, amb la participació del grup d’Emmagatzematge i Catàlisis de l’Institut de Recerca en Energia de Catalunya.
