Can two-stage anaerobic digestion improve energy recovery from biomass?

Biogas production from agriculture, farming and food-industry residues and waste is getting more and more important in the field of renewable energy sources. The two-stage anaerobic digestion (AD) allows producing both biohydrogen and biomethane (Wang et al., 2003) and shows to have other advantages compared to the AD process (one-stage). For example, it promises to be a possibile solution to increase the overall energy recovery from biomass, as shown in studies carried out on carbohidrate-rich substrates (Kreamer & Bagley, 2005).

Further Author:
S. Lonati - Università degli Studi di Milano

It, also, has been proven that two-stage AD, thanks to different conditions, allows a better reduction of pathogenic bacteria in the output (Bendixe, 1994). In this work, an attempt of comprehensively compare the two- and one-stage AD processes was done. Using different organic matrices we simulated the operation of a two-stage plant for biogas production. The aim of this work was to compare the two-stage and the one-stage processesin termsofoverall energy recovery. . For this purpose we used four organic matrices: corn silage (CS), rice middling (RM), olive pomace (OP) and fruit/vegetable wastes (FVW), diluted with pig slurry. The two-stage process was simulated by semicontinuous bioreactors; batch methanogenic reactors were run to measure the potential methane production of the output of the hydrogenic reactors and, in parallel, of the raw feeding mixtures. Higher energy recovery was obtained by the two stage systems as compared to the one-stage, for three of the matrices analyzed: 11%, 23% and 39% higher respectively for CS, RM and FVW. Olive pomace gave null productivity in the hydrogenic stage, and therefore was not further considered. . From the results obtained, we can state that the two-stage anaerobic fermentation can beinteresting as an alternative to the classic single-stage fermentation process, as a possivle way to increase energy recovery.. However, the two-stage process can be influenced by the characteristics of the feed mix (chemical composition, quality and accessibility of organic matter…) and the process conditions, expecially in the hydrogenic stage. This preliminary study lays the basis for further work on the improvement of the two-stage AD process. A deeper physical and chemical characterization of the feeding biomass and of the hydrogenic stage output will be required, because it is a highly sensitive process influenced by several variables. As we demonstrated, different combinations of process conditions may lead to completely different energy recovery yields of the whole two-stage anaerobic digestion process. Other important aspects for future development should be the effectiveness of pre-treatment strategies (thermal, chemical, physical and enzymatic) to increase the availability to microbial activity of the most recalcitrant fractions of organic matter, such as ligno-cellulose, and the characterization of the microbial composition of the consortia in the two stages.



Copyright: © European Compost Network ECN e.V.
Quelle: Orbit 2012 (Juni 2012)
Seiten: 6
Preis inkl. MwSt.: € 6,00
Autor: Ester Manzini
Andrea Schievano
Prof. Fabrizio Adani

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