Valorización de residuos orgánicos mediante digestión anaerobia: empleo de biochar como aditivo para

La digestión anaerobia es una tecnología ampliamente utilizada para valorizar residuos orgánicos, obteniendo biogás/biometano, que pueden emplearse para generar electricidad y calor. Sin embargo, durante el bioproceso se puede producir mecanismos de inhibición debido a diferentes factores: acumulación de ácidos grasos volátiles, desequilibrios de pH, una inhibición por amoníaco, presencia de compuestos tóxicos o la degradación incompleta y acumulación de compuestos orgánicos recalcitrantes, entre otros. La inhibición puede afectar a la actividad de los microorganismos, reducir la estabilidad del proceso y limitar la recuperación energética de los residuos [1]. En este contexto, la incorporación de aditivos sólidos, como el biochar, ha despertado gran interés por su potencial para mejorar el funcionamiento del proceso y aumentar la producción de metano. Entre sus posibles efectos beneficiosos se encuentra la mejora de la capacidad amortiguadora del pH del medio, la reducción de fenómenos de inhibición y la provisión de una superficie porosa que favorece la inmovilización de los microorganismos implicados [2]. Además, algunos materiales carbonosos conductores pueden favorecer la transferencia directa de electrones entre especies microbianas (direct interspecies electron transfer, DIET), facilitando las interacciones sintróficas entre bacterias y aqueas metanógenas Este mecanismo puede favorecer la reducción del CO2, lo que conduce a la mejora del rendimiento de biometano [3]. Por otra parte, el efecto del biochar puede variar en función de su origen, sus propiedades fisicoquímicas y texturales, así como el tipo de residuo utilizado como sustrato durante la digestión anaerobia, por lo que resulta necesario estudiar la influencia de estas características sobre la producción de biometano.
En este trabajo se evalúa la incorporación de diferentes materiales carbonosos en ensayos discontinuos de potencial bioquímico de metano (BMP) utilizando distintos sustratos, entre ellos, lodos de depuradora, fracción orgánica de residuos sólidos urbanos (FORSU), posos de café, residuos de manzana provenientes de la industria de la sidra y cáscaras de naranja. Los materiales estudiados incluyen biochar obtenido a partir de digeridos, mediante pirólisis, biochar modificados químicamente con KOH o sometidos a lavados ácidos con HCl, así como carbones activos comerciales y grafeno. Se estudia su influencia en la producción de biogás y su riqueza en biometano. En concreto, se evalúan diferentes características del biochar, como el área superficial, la concentración de biochar añadida y la conductividad, entre otros.
Los resultados preliminares muestran que el efecto de los materiales carbonosos varía según el material utilizado para su formulación, y el tipo de residuo utilizado durante la digestión anaerobia. En general, las mejoras más importantes se han observado con el material obtenido mediante pirólisis de digerido proveniente de la digestión de lodos de depuradora, mientras que el carbón activo comercial y el grafeno no han proporcionadomejoras apreciables. En el caso de los ensayos BMP empleando posos de café como sustrato, la adición de biochar obtenido a partir de pirólisis, mostró una mejora en la producción de metano, mientras que su activación química con KOH no mejoró los resultados respecto al control. En el caso de la FORSU, la heterogeneidad del residuo dificultó identificar claramente la influencia del biochar. Por otra parte, en los ensayos que se han llevado a cabo con residuos de manzana, un sustrato más homogéneo, se han observado mejoras en la producción de biometano al incorporar biochar, tanto a concentraciones de 5 como de 10 g/L. Estos resultados muestran la importancia de tener en cuenta tanto las características del material como el tipo de residuo utilizado en la digestión en la evaluación del efecto del biochar en la digestión anaerobia.
En conjunto, este estudio busca profundizar en la relación entre el origen, los tratamientos y las propiedades fisicoquímicas de los materiales carbonosos, así como las características de la digestión anaerobia vinculada al sustrato utilizado y la correspondiente producción de metano. Los resultados obtenidos contribuyen a una mejor comprensión de qué factores pueden favorecer o limitar el efecto de estos materiales, y a desarrollar estrategias de valorización energética de residuos orgánicos basadas en la aplicación de aditivos.
Esta investigación ha sido financiada por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España, en el marco del proyecto «BIOFORAIR», PID2022-138682OB-I00, financiado por MICIU/AEI/10.13039/501100011033. Los autores agradecen el apoyo recibido a través del contrato PTA2022-022087-I.
[1] W. Zhao, H. Yang, S. He, Q. Zhao, and L. Wei, A review of biochar in anaerobic digestion to improve biogas production: performances, mechanisms and economic assessments, Bioresource Technology 341 (2021) 125797.
[2] M. Chiappero, O. Norouzi, M. Hu, F. Demichelis, F. Berruti, F. Di Maria, O. Mašek, and S. Fiore, Review of biochar role as additive in anaerobic digestion processes, Renewable and Sustainable Energy Reviews 131 (2020) 110037.
[3] Y. Liu, X. Li, S. Wu, Z. Tan, and C. Yang, Enhancing anaerobic digestion process with addition of conductive materials, Chemosphere 278 (2021) 130449.