Search

Microbial electrosynthesis represents a promising approach for renewable energy storage in which chemically stable compounds are produced using CO2 as feedstock. This report describes the continuous production of acetate through microbial electrosynthesis from CO2 and assesses how the production rates could be increased. RESULTS: A continuous acetate production rate of 0.98mmol C LNCC-1 d-1 was obtained using CO2 as feedstock and with pH control around 5.8. These conditions increased substrate availability and favoured microbial electrosynthesis. Cyclic voltammograms demonstrated the electroautotrophic activity on the biocathode surface, which increased with pH control and caused current demand and acetate production rate to rise exponentially. CONCLUSION: pH decrease was shown to be an effective strategy to increase substrate availability and enhance microbial electrosynthesis. By making microbial electrosynthesis a feasible technology, CO2 could become an alternative feedstock for the carboxylate platform. © 2015 Society of Chemical Industry This research was supported financially by the Spanish Government (CTQ 2011–23632, CTQ 2011–24114)

El continu increment en l'ús de les energies renovables i els objectius per a la reducció de les emissions de diòxid de carboni (CO2) requereixen canvis significatius tant a nivell tècnic com a nivell normatiu. La captura i utilització de diòxid de carboni (CCU, per les sigles en anglès) és un mètode eficaç per aconseguir la mitigació del CO2 i al mateix temps mantenir de forma segura els subministraments d'energia. Si bé la demanda a la reducció de les emissions de CO2 està augmentant, l'eficiència energètica i el cost dels processos de captura de CO2 segueixen sent un factor limitant per a les aplicacions industrials. En el present treball s'estudia l'ús del procés d'adsorció per oscil·lació de pressió i buit (VPSA, per les sigles en anglès) amb adsorbents d'alta selectivitat per separar el CO2 dels gasos de combustió, com un mètode alternatiu al procés d'absorció tradicional amb amines. Es realitza un estudi preliminar mitjançant Anàlisi Tèrmica per determinar la capacitat d’adsorció i el comportament cíclic de la captura de CO2 per deu adsorbents comercials, inclosos els tamisos moleculars de carboni (CMS) i les zeolites. L'anàlisi es va fer amb CO2 pur, N2 pur i mescles dels dos gasos en la proporció 15%/85% que correspon a la composició d’un gas de combustió normal; s’usen les zeolites comercials 13X, 5A, 4A sense i amb aglomerants i tres tamisos moleculars de carboni (CMS) en l’interval de pressió de 0 a 10 bar i a 283K, 298K, 232K i 323 K de temperatura. Els resultats s’han ajustat amb els models Toth, Sips i Dual Site Langmuir (DSL). Es va realitzar una selecció entre deu adsorbents comercials per a la captura de CO2, inclosos els tamisos moleculars de carbó (CMS, per les sigles en anglès) i les zeolites. Es van determinar les propietats texturals, la capacitat d'adsorció i el comportament cíclic dels adsorbents per comparar el seu comportament a la separació del diòxid de carboni del nitrogen. Posteriorment, es van mesurar les isotermes d'adsorció d'un sol component en la balança de suspensió magnètica a quatre temperatures diferents (283, 298, 232 i 323 K) i en un ampli marge de pressions (de 0 a 10 bara). Les dades sobre les isotermes de components purs es van correlacionar utilitzant els models Toth, Sips i Dual Site Langmuir (DSL). Es van dissenyar i construir tres unitats de laboratori per realitzar l'experimentació del procés VPSA. La primera unitat es va usar per a la producció i el control de mescles gasoses de CO2 i N2 a una pressió màxima de 9 bara. En la segona unitat es van dur a terme la determinació dels equilibris d'adsorció amb una barreja de composició semblant a la dels gasos de combustió (15/85% de CO2/N2 v/v). Amb el programa Aspen Adsorption® es va simular el sistema experimental, obtenint que les prediccions del model DSL reprodueixen suficientment bé els resultats experimentals de les corbes de ruptura i els perfils de temperatura en el llit fix. A més, es van fer estudis dinàmics per avaluar les zeolites 5ABL i 13XBL usant el procés VPSA discontinu per a la separació CO2 de N2. La unitat dos es va dotar d'un sistema de control amb una interfície PLC que facilita la seva operació i automatització, usant una estratègia de control desenvolupada en aquest treball. En base als resultats obtinguts amb la unitat dos, tant experimentals com simulats, es va trobar que la zeolita 13XBL era la més adequada per al procés VPSA proposat. Els resultats experimentals es van emprar per alimentar el disseny de la unitat dos a Aspen Adsorption® i validar el model usat que al seu torn es va utilitzar per realitzar un disseny complet d'experiències de dos factors (26) en configuració continua. La tercera unitat experimental consta de tres columnes d'adsorció on es va incloure l'estratègia de control desenvolupada per la unitat dos i es va incloure la recirculació dels corrents rics en N2 i CO2. Es van dur a terme tres experiments del procés VPSA cíclic de 8 passos canviant els paràmetres de control del procés automatitzat i usant la zeolita 13XBL com adsorbent. Es va aconseguir satisfer els objectius en termes puresa de CO2 (> 80%) i consum energètic (80%) y consumo energético ( 90%) and energy consumption (> 2.5 kWh/kgCO2). Based on the experimental and simulated results, a pilot-scale demonstration plant for CO2 capture from flue gas in an existing industrial boiler in a Spanish company was carried out. The pilot-scale CO2 capture plant consisted of a pre-treatment process for flue gases, a VPSA unit coupled with a dehumidification unit and an industrial application for the use of CO2. In the pretreatment unit the flue gases were cooled from 70°C to 25°C and then denitrified. In the dehumidification unit, the water vapor was removed from the denitrified gas by adsorption with alumina. Subsequently, the three columns’ eight-step VPSA process developed with zeolite 13XBL was used. The results were a product purity of 85 to 95% of CO2, a recovery of 48 to 56%, a productivity of 0.20 to 0.25 gCO2/(gads٠h) and an energy consumption of 1.48 kWh/kgCO2. The recovered CO2 was then used to replace the use of mineral acids in the pH regulation stage of the existing wastewater treatment plant. Therefore, it is concluded that the developed process is an effective alternative to separate the CO2 from the emission points of industrial combustion gases and to use the recovered CO2 as raw material for industrial applications. The use of CO2 captured in these emission sources has two clear advantages. On the one hand, it reduces the CO2 emissions to the atmosphere. On the other hand, it allows the reuse and transformation of an environmental pollutant into neutral compounds.

The thesis deals with removal of organosilicon compounds in the energy recovery of biogas. Alternative adsorbents for the siloxane removal were studied, and the physical and chemical mechanisms involved in the siloxane adsorption were discovered, which improved the yield of the adsorption and regeneration technologies using both activated carbons and zeolites. Moreover, several technologies based on advanced oxidation processes have been applied in order to regenerate and reuse the exhausted adsorbents. The thesis studies the siloxane removal at lab-scale close to real scenario conditions, including the competitive adsorption with compounds usually found in biogas, in the presence of humidity and with the same gas matrix, which allowed to select the most efficient materials for this purpose. Therefore, the knowledge reported in the thesis dissertation is directly transferable to field application to upgrade the siloxane removal system, Aquesta tesi estudia l'eliminació de compostos volàtis de silici (siloxans) per la recuperació energètica del biogàs. Es van estudiar diferents adsorbents per l'adsorció de siloxans, determinants les propietats físico-químiques superficials que en condicionen l'eficiència, permetent millorar el rendiment de l'adsorció i permetent la regeneració en carbons actius i zeolites esgotats. La tesi estudia l'eliminació de siloxans a escala de laboratori en condicions properes a les reals del biogàs, incloent l'adosrció competitiva amb altres compostos orgànics volàtics, en presència d'humitat i amb diferents matrius gasoses, la qual cosa va permetre seleccionar els materials òptims per aquest propòsit.Per tant el coneixement derivat d'aquesta tesi és directament transferible per tal de millorar els sistemes d'eliminació siloxanes

In 2015 the average concentration of CO2 in the atmosphere exceeded 400 ppm. Some technologies, including CO2 capture and storage, are palliative. However, the development of alternatives to burning of fossil fuels focuses on the base of the problem and proposes substantial changes in the energy model. This thesis proposes the use of bioelectrochemical systems to transform CO2 into valuable products. This process is known as microbial electrosynthesis, and is based on the use of bacteria able to use the electrode as an electron donor (biocathode) to drive CO2 reduction. The results show that the production of hydrogen as intermediate is key to allow further CO2 reduction. This thesis has proven methane production, and organic liquid compounds of two (acetic acid) and four (butyric acid) carbons. The results invite to continue investigating to exploit all the potential of BES and enable its industrial scalability, El 2015 la concentració mitjana de CO2 a l’atmosfera va superar per primera vegada les 400 ppm. Algunes tecnologies, com la captura i emmagatzematge de CO2, són pal·liatives. En canvi, el desenvolupament d’alternatives a la crema de combustibles fòssils van a l’arrel del problema i proposen canvis substancials en el model energètic. Aquesta tesi planteja l’ús dels sistemes bioelectroquímics per transformar el CO2 en productes amb valor afegit. Aquest procés es coneix com electrosíntesi microbiana, i es basa en la utilització de bacteris capaços d’utilitzar l’elèctrode com a donador d’electrons (biocàtode) per portar a terme la reducció de CO2. Els resultats demostren que la producció d’hidrogen com a compost intermedi es la clau per poder portar a terme la reducció de CO2. Aquesta tesi ha demostrat la producció de metà, i compostos líquids orgànics de dos (acid acètic) i quatre (acid butíric) carbonis. Els resultats esperonen a continuar investigant per aprofitar tot el potencial dels BES i fer possible la seva escalabilitat industrial

Environmental pollution related to odour emission has become in the last years an important public concern. Closeness of odour-causing facilities such as waste water treatment plants (WWTPs) to urban areas further aggravates the problem. Volatile sulphur compounds (VSC) are one of the main groups of odour causing compounds in WWTPs, especially in the sludge processing. Nowadays, there are a variety of options available for the effective treatment of odorous sulphur compounds emission. This thesis has focused on the minimisation during sewage sludge conditioning process and the abatement of these compounds by treatments such as advanced oxidation processes and adsorption at the end-of-pipe, La contaminació atmosfèrica relacionada amb la emissió de males olors s’ha convertit en els darrers anys en un motiu de preocupació social. La proximitat d’instal·lacions causants de males olors com les estacions depuradores d’aigües residuals (EDAR) a les àrees urbanes, agreuja encara més el problema. Els compostos volàtils de sofre (CVS) són un dels principals grups de compostos causants de males olors, especialment en el tractament i processament dels fangs generats a les EDARs. Actualment, existeix una gran varietat d’opcions disponibles per al tractament efectiu de les emissions dels CVS causants de males olors. La present tesi s’ha focalitzat en la minimització de emissions durant el condicionament químic dels fangs i la eliminació mitjançant tractaments a final de procés com processos d'oxidació avançada o adsorció en carbons actius