Nombre del proyecto: Impact of oat husk-derived biochar in the anaerobic mono-digestion of swine manure and slaughterhouse wastewater: Microbial community and techno-economic analysis.
Investigadora a cargo: Dra. Jhosané Pagés Díaz.
Departamento: Ingeniería Química.
Tipo de proyecto: FONDECYT INICIACIÓN.
Resumen del proyecto:
En Chile, solo el 0,3% de la matriz energética primaria proviene del biogás. Sin embargo, existe una gran cantidad de residuos biodegradables generados por las actividades agroindustriales que actualmente no se aprovechan y que pueden usarse para la producción de biogás, especialmente los derivados de la industria cárnica. El estiércol porcino es principalmente una mezcla de heces, orina y agua con una alta concentración de materia orgánica, nitrógeno, fósforo, potasio y algunos metales pesados, lo que provoca desequilibrio ecológico, eutrofización y desoxigenación en cuerpos de agua con una cantidad considerable de gases de efecto invernadero.
Otro de los residuos típicos generados por la industria cárnica son las aguas residuales de los mataderos. Los efluentes de mataderos se caracterizan por su composición compleja debido a los altos niveles de materia orgánica, grasas, sangre, fibras, rumen, proteínas, nutrientes, patógenos y detergentes utilizados para las actividades de limpieza, siendo hoy en día una gran preocupación por la gran cantidad de efluentes generado.
Para hacer frente a estos residuos, la digestión anaeróbica (DA) se ha propuesto como una solución adecuada para reducir la contaminación ambiental y, al mismo tiempo, proporcionar energía en forma de biogás. Sin embargo, debido al alto contenido de proteínas y lípidos en estos materiales, su utilización a escala industrial a menudo se ve limitada por largos períodos de adaptación, largos tiempos de retención, actividad microbiana reducida e inhibición debida al nitrógeno y a los ácidos grasos volátiles de cadena larga (LCFA), lo que con lleva a varios problemas operativos con un impacto significativo en el costo, la economía y la eficiencia del proceso.
El biochar es un material que se puede producir a partir de una amplia variedad de materias primas de bajo costo a través del proceso de pirólisis y ha demostrado tener un gran potencial para mejorar el proceso de DA debido a su capacidad de intercambio catiónico y su alta porosidad que se puede utilizar como vehículo para el enriquecimiento microbiano promoviendo la transferencia de electrones entre especies. Sin embargo, la mayoría de los estudios se han centrado en lodos de depuradora o sustratos fáciles de degradar en comparación con las proteínas y los lípidos. La adición de biochar a la DA de materiales ricos en proteínas y lípidos ha recibido poca atención y, de hecho, puede ser una opción prometedora para superar los problemas planteados por el amoníaco y los LCFA.
Este proyecto propone evaluar el impacto de biochar de cáscara de avena en la mono-digestión anaeróbica de estiércol porcino y aguas residuales de mataderos en términos de producción de metano, biodegradación, estabilidad a largo plazo, comunidad microbiana, así como la viabilidad económica de la propuesta.
Con base en los antecedentes anteriores y en los problemas no resueltos relacionados con la digestión anaeróbica, las principales hipótesis de trabajo propuestas son:
Hipótesis 1: si se establecen las dosis y el tamaño de partícula adecuados de biochar de cáscara de avena, entonces será posible aumentar la producción de metano y la eficiencia de eliminación de DQO de la mono-digestión anaerobia de purines porcinos y aguas residuales de matadero en al menos un 30% y un 60%, respectivamente.
Hipótesis 2: El uso de biochar de cáscara de avena en la operación a largo plazo de los reactores UASB que tratan el estiércol porcino y las aguas residuales de los mataderos puede mejorar la estabilidad y el rendimiento del proceso con una comunidad microbiana más robusta en comparación con un sistema sin adición de biochar.
Hipótesis 3: El uso de biochar de cáscara de avena en la DA de estiércol porcino y aguas residuales de mataderos puede ser económicamente factible a escala industrial.
El tema propuesto es de gran relevancia en el campo de la gestión de residuos, valorización energética y protección del medio ambiente. Estos tres sectores son vitales para el desarrollo sostenible de Chile, contribuyendo a que el país avance hacia una economía baja en carbono, más limpia y circular. Por lo tanto, se debe fomentar la investigación en estos campos.