La conversion biologique hydrogène-méthane fait référence à la production de méthane par l'action de micro-organismes utilisant l'hydrogène généré par électrolyse de l'eau avec le pouvoir résiduel et le dioxyde de carbone présents dans le biogaz. Cette approche promet de surmonter les limites du stockage de l'hydrogène, de réduire le fardeau financier de la valorisation du biogaz et de permettre une utilisation négative en carbone du CO2. en biogaz.
Auparavant, des chercheurs de l'Institut de Qingdao de bioénergie et de technologie des bioprocédés de l'Académie chinoise des sciences ont domestiqué et obtenu des micro-organismes dotés d'une efficacité élevée de conversion hydrogène-méthane. Ils ont également développé deux procédés de production pour la conversion biologique de l'hydrogène-méthane in situ et ex situ. Cependant, le principal facteur limitant l'efficacité de la conversion hydrogène-méthane reste le faible taux de transfert de masse gaz-liquide de l'hydrogène.
Pour remédier aux limites des faibles taux de transfert de masse d'hydrogène dans le processus de conversion hydrogène-méthane, les chercheurs ont développé un filtre biotrickling (BTF), qui facilite la croissance des micro-organismes en utilisant un matériau d'emballage à surface interne rugueuse. Il assure un contact complet entre les phases gazeuse et liquide, augmentant ainsi l'efficacité de l'utilisation de l'hydrogène.
L'étude est publiée dans le Chemical Engineering Journal. .
Dans cette étude, les chercheurs ont commencé par explorer les effets des températures (25°C, 37°C et 55°C) sur la voie de conversion hydrogène-méthane afin de déterminer la température optimale pour les biofiltres. Pendant le fonctionnement du filtre biotrickling, les effets des matériaux de remplissage (céramite, pierre volcanique, charbon actif) et le rapport optimal du gaz d'entrée (H2 /CO2 , v/v) sur le processus de conversion ont été évalués.
Selon les chercheurs, les matériaux d'emballage sélectionnés étaient respectueux de l'environnement et leur grande surface spécifique et leur porosité facilitaient la croissance et la fixation des micro-organismes. Cela garantit un contact suffisant entre les micro-organismes et la phase gazeuse, ce qui améliore considérablement le transfert de masse gaz-liquide.
Les résultats ont montré qu’une température plus élevée est propice à la conversion hydrogène-méthane. À 25 ° C, l'efficacité de la conversion hydrogène-méthane était faible (2,5 L/Lw·d) et la majeure partie de l'hydrogène et du dioxyde de carbone était utilisée pour produire de l'acétate.
À 55°C, bien que le processus de réaction ait été initialement instable, il a finalement atteint la stabilité et a obtenu une efficacité de conversion hydrogène-méthane de 8,3 L/Lw·j. En revanche, le rendement de conversion était encore substantiel à 37°C, atteignant 7,1 L/Lw·d. Notamment, il n'y avait pas de différence significative dans le processus global de méthanogenèse entre 37°C et 55°C.
De plus, le gaz d'entrée optimal (H2 /CO2 ) le rapport a été déterminé dans l'expérience BTF, obtenant le rapport le plus satisfaisant à 2,5:1 (H2 /CO2 , v/v), ce qui était inférieur aux valeurs rapportées précédemment, mais une efficacité d'élimination du dioxyde de carbone plus élevée a été obtenue.
Les biofilms adhérant aux trois matériaux d'emballage ont tous atteint une efficacité de conversion efficace de l'hydrogène-méthane dans un rapport de 2,5 : 1, le BTF utilisant du charbon actif comme matériau d'emballage ayant atteint l'efficacité de conversion la plus élevée et la plus stable (91,9 %). P>
La mesure de l’intensité relative de la fluorescence a confirmé que le charbon actif avait une immobilisation microbienne supérieure. Cette étude fournit une approche prometteuse pour l'application des BTF dans la conversion du biogaz hydrogène-méthane.
Plus d'informations : Jie-Hua Huang et al, Valorisation du biogaz par filtre biotrickling :effets de la température et des matériaux d'emballage, Chemical Engineering Journal (2023). DOI :10.1016/j.cej.2023.148367
Informations sur le journal : Journal de génie chimique
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
