Nous remercions la DGAPA du projet UNAM numéro IT100423 pour le financement partiel. Nous remercions également PROAN et GSI de nous avoir permis de partager nos expériences techniques sur leurs installations complètes de valorisation du biogaz photosynthétique. Le soutien technique de Pedro Pastor Hernández Guerrero, Carlos Martin Sigala, Juan Francisco Díaz Márquez, Margarita Elizabeth Cisneros Ortiz, Roberto Sotero Briones Méndez et Daniel de los Cobos Vasconcelos est très apprécié. Une partie de cette recherche a été réalisée au laboratoire d’ingénierie environnementale de l’IIUNAM avec un certificat ISO 9001 :2015.

1. Configuration du système
REMARQUE : Un schéma de tuyauterie et d’instrumentation (P&ID) du système décrit dans ce protocole est illustré à la figure 2.
<ol><li>Installation du réacteur<ol><li>Préparez le sol en le nivelant et en le compactant pour améliorer la stabilité du réacteur.</li>
		<li>Sur un champ ouvert, creusez deux trous allongés et à 3 m de l’extrémité, creusez un trou de 3 m2 et 1 m de profondeur (connu sous le nom de puits d’aération).</li>
		<li>Placez deux PARH (figure 3) dans l’espace sur des supports métalliques recouverts d’une géomembrane. Chaque réacteur doit avoir une capacité d’exploitation de 22,2 m3.</li>
		<li>Placer une pompe à air par réacteur de 1728,42 watts (2,35 ch) près du point des HRAP où les puits d’aération ont été creusés.</li>
		<li>Fixez une roue à aubes (mue par un moteur électrique de 1103,24 watts [1,5 ch]) à travers le réacteur pour favoriser le contact entre la biomasse et les fluides.</li>
	</ol></li>
	<li>Mise en place d’un système de traitement des gaz (Figure 4)<ol><li>Construisez la colonne de désorption à l’aide d’un tube en polychlorure de vinyle (PVC) de 6 po, où le courant d’entrée entre à 2 m par le haut couvert et le courant de sortie s’écoule par le bas (Figure 2).</li>
		<li>Mettre en place le réservoir d’absorption (Vt : 2,55 m3), où le courant d’entrée gazeux (biogaz non traité) est bouillonné par le bas à travers 11 tubes diffuseurs et provient du digesteur anaérobie à travers une canalisation en PVC de 4 » passant par une soufflante de biogaz, un rotamètre de 1 » et un orifice d’échantillonnage, tandis que le liquide provient de la recirculation du média après la colonne de désorption au fond du réservoir. La sortie de liquide est située sur le côté du réservoir. Il transporte le milieu enrichi en CO2 vers la colonne de contrôle de niveau, et le gaz sort de la sortie située en haut du réservoir, qui est relié à une canalisation en PVC de 1 pouce pour conduire le biométhane obtenu vers un brûleur pour sa combustion continue (figure 2).</li>
		<li>Connectez le réservoir d’absorption à la colonne de désorption à l’aide d’un tube en PVC de 4 po, en passant par un orifice d’échantillonnage entre les deux opérations (Figure 2).</li>
		<li>Construisez la colonne de contrôle de niveau avec un tube en PVC de 6 po à l’endroit où l’entrée est située en bas. Il dispose de deux sorties (contrôlées par des vannes papillon), en fonction des besoins du système ; le premier est situé à une hauteur de 2,5 m et le second à 3 m du sol (figure 2).</li>
		<li>Connectez les photobioréacteurs HRAP à travers une canalisation en PVC de 2 pouces à la colonne de désorption de 6 pouces, en passant par une pompe centrifuge à recirculation (1103,24 watts [1,5 ch]) et un rotamètre de 1 » (Figure 2).</li>
		<li>Connectez la colonne de contrôle de niveau à travers un tube en PVC de 4 » à un tube en PVC de l’annexe 40, en passant par un orifice d’échantillonnage. Ensuite, connectez-le à une portion de tube en PVC flexible, suivi d’un autre tube en PVC de l’annexe 40, et enfin, d’un tube en PVC de 4 pouces, qui s’ouvre sur les photobioréacteurs HRAP (Figure 2).</li>
		<li>Mettez en place la dérivation de la colonne de désorption avec une canalisation en PVC de 2 po et connectez-la au tube principal avant l’orifice d’échantillonnage (Figure 2).</li>
	</ol></li>
</ol>2. Test fonctionnel du système
<ol><li>Pompe centrifuge à recirculation (1103,24 watts [1,5 ch])<ol><li>Pour déterminer le débit maximal de la pompe, amorcez l’intérieur pendant au moins 10 min pour éviter l’aspiration d’air et démarrez-la à 230 V et 1 phase.</li>
		<li>Testez le débit de recirculation en le laissant s’écouler à travers le rotamètre de 1 po.</li>
	</ol></li>
	<li>Système de bulles de biogaz<ol><li>Pour déterminer la force nécessaire pour faire bouillonner au moins une colonne d’air équivalente à 200 mbar, testez au moins 3 soufflantes de puissances différentes (485,52 watts [0,66 ch], 1838,74 watts [2,5 ch] et 3309,74 watts [4,5 ch]) en faisant bouillonner de l’air dans le réservoir d’absorption.</li>
		<li>Vérifiez visuellement la taille et la distribution atteintes par les bulles d’air à l’intérieur du réservoir. Dans les conditions de fonctionnement décrites ici, le diamètre moyen prévu des bulles est de 3 mm.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Inoculation et croissance dans des conditions intérieures
<ol><li>Transférer une souche pure d’Arthrospira maxima à partir de plaques de gélose à 15 mL de milieu minéral aqueux17 (NaHCO3 [10 g/L], Na3PO4 ·12H2O [0,033 g/L], NaNO3 [0,185 g/L], MgSO4 ·7H2O [0,014 g/L], FeSO4 ·7H2O [0,0008 g/L], NaCl [0,4 g/L]).</li>
	<li>Augmenter la culture à des flacons de 500 ml avec un milieu aqueux Jourdan inoffensif, en utilisant 100 % du volume du flacon, et laisser croître dans des photopériodes de 12 h de lumière / 12 h d’obscurité à l’aide de lampes à diodes électroluminescentes (LED) avec dispositif de montage en surface (SMD) 2835 fournissant une lumière froide à 2000 lm et sous mélange continu par bulles d’air (0,3 L / min ou 0,6 vvm). (étape d’environ 1 mois).</li>
	<li>Poursuivez le processus de mise à l’échelle en ajoutant 20 % du volume précédent au nouveau volume jusqu’à ce que 50 L soient atteints.</li>
	<li>Adapter la culture à la lumière naturelle, aux conditions de fonctionnement et aux milieux de culture Jourdan en serre dans des sacs transparents de 50 L (étape d’environ 2 mois).</li>
	<li>Poursuivre la mise à l’échelle dans ces conditions jusqu’à 5 m3 photobioréacteurs HRAP (étape d’environ 2 mois).</li>
</ol>4. Mise en service du système dans des conditions extérieures
<ol><li>Ajouter le volume total de ces photobioréacteurs HRAP de 5 m3 aux photobioréacteurs HRAP de 13 m3 situés à l’extérieur et remplir le reste du volume avec un milieu de culture Jourdan. Commencez à mélanger à l’aide d’une roue à aubes à une vitesse de 30 cm/s, en cultivant en mode batch pendant 15 jours ou jusqu’à ce qu’elle atteigne 0,7 g/L (étape d’environ 1 mois).</li>
	<li>Une fois que la croissance atteint 0,7 g/L, transférez le volume sur le HRAP de 22,2 m3 en fonctionnement, remplissez le reste avec du média Jourdan et réglez la roue à aubes à une vitesse de 30 cm/s. Laisser croître la biomasse jusqu’à ce qu’elle atteigne 0,7 g/L et un pH de 10 ; Une fois ces conditions remplies, commencez l’échantillonnage et la récolte, si nécessaire.</li>
	<li>Démarrer la recirculation du liquide du photobioréacteur HRAP vers le réservoir d’absorption à débit variable pour augmenter la productivité de la biomasse. Commencer à faire bouillonner le biogaz à un débit moyen de 3,5 m3/h après 2 h pour fournir du carbone inorganique à la culture. Faites attention au pH car il doit rester au-dessus de 9. REMARQUE : Avant de faire recirculer le fluide dans le réservoir d’absorption, amorcez la pompe centrifuge décrite ci-dessus.</li>
	<li>Ajout d’éléments nutritifs : Surveiller les conditions d’éléments nutritifs chaque semaine jusqu’à la récolte et le bilan global de l’azote en supposant l’état d’équilibre calculé comme indiqué ci-dessous : MNaNO3 = (Mbiomasse x 0,10)/0,12 [g] Où: MNaNO3 = Masse de nitrate de sodium [g] MBiomasse = Biomasse récoltée [g] 1.10 : Rendement massique de l’azote/biomasse16 [g/g] 1.12 : Fraction massique de l’azote dans le nitrate de sodium [g/g]</li>
	<li>Avec les résultats du bilan azoté, reformuler le milieu de Jourdan pour ajouter la quantité proportionnelle de Na3PO4·12H2O, MgSO4·7H2O et FeSO4·7H2O. N’ajoutez plus de bicarbonate de sodium ou de chlorure de sodium. REMARQUE : Dissoudre les nutriments dans de l’eau propre avant de les ajouter aux réacteurs.</li>
	<li>Surveillez l’évaporation de l’eau et ajoutez-en chaque semaine si nécessaire.</li>
</ol>5. Échantillonnage et analyse
<ol><li>Biogaz<ol><li>Échantillonner le biogaz à partir de la sortie d’échantillonnage avant le réservoir d’absorption et de l’orifice d’échantillonnage après le réservoir en raccordant un sac de polyfluorure de vinyle de 10 L à la sortie avec un tube flexible de diamètre approprié ; Placez chacun d’eux dans des sacs de fluorure de polyvinyle séparés.</li>
		<li>Calibrez l’analyseur de gaz portable en réglant le transducteur de pression à zéro et en attendant la stabilisation. Pour ce faire, appuyez sur Démarrer, puis sur Suivant, et connectez un tube transparent et un tube jaune comme indiqué par l’analyseur. Appuyez sur Suivant et enfin, Lectures de gaz.</li>
		<li>Connectez chaque échantillon contenu dans les sacs de polyfluorure de vinyle à l’analyseur, appuyez sur Suivant et mesurez les concentrations de CH4, CO2, O2 et H2S en % vol des deux points du système.</li>
		<li>Déterminer le rapport volumétrique liquide/biogaz de recirculation (L/G) en divisant le débit de recirculation du liquide par le débit de production de biogaz. Calculez le débit de gaz correspondant (m3/h) qui présente l’efficacité la plus élevée d’élimination du CO2 et H2S.</li>
	</ol></li>
	<li>Mesure en ligne de l’état du système (pH, oxygène dissous, température)<ol><li>Calibrez tous les capteurs selon les spécifications du fabricant.</li>
		<li>Placez une sonde de pH, une sonde d’oxygène dissous (OD) et une sonde de température dans le liquide de chaque HRAP. REMARQUE : Pour la marque et les spécifications de chacun des capteurs, consultez le fichier Table des matériaux.</li>
		<li>Connectez les capteurs de pH et d’oxygène dissous à un dispositif d’acquisition de données composé d’un processeur quad-core 64 bits de 1,4 GHz connecté à un écran portable qui stocke un programme Python prédéfini écrit dans l’environnement de développement et d’apprentissage intégré (IDLE) 2.7.<ol><li>Ouvrez le programme à travers l’écran et indiquez les intervalles de temps pour stocker chaque point de données (dans ce cas, toutes les 2 minutes).</li>
			<li>Créez une feuille de calcul dans laquelle le programme stockera automatiquement les données qu’il collecte.</li>
			<li>Cliquez sur le bouton qui indique ON, indiquant qu’il est prêt à commencer à stocker des données.</li>
			<li>Pour arrêter l’acquisition de données, cliquez sur le bouton qui indique OFF.</li>
			<li>Pour télécharger les informations, insérez un bus série universel (USB) et importez la feuille de calcul.</li>
		</ol></li>
		<li>Connectez le capteur de température à un enregistreur thermique pour stocker les données enregistrées pendant les expériences.</li>
	</ol></li>
	<li>Tests exploratoires courts<ol><li>Déterminer le L/G le plus efficace<ol><li>Réglez le débit de biogaz entrant pour sélectionner la valeur L/G à tester (0,5, 1, 1,5, 1,6, 2, 2,5, 3,3, 3,4).</li>
			<li>Mesurez le pH et les concentrations d’entrée et de sortie de chaque gaz (CH4, CO2, H2S, O2, N2) au départ et toutes les 15 min pendant une heure (60 min), à l’aide des instruments décrits précédemment.</li>
			<li>Déterminez le L/G le plus efficace en comparant les valeurs de sortie et choisissez celui qui vous convient le mieux en fonction des besoins de l’expérience.</li>
		</ol></li>
		<li>Relation entre le L/G, le pH et le CO2<ol><li>Choisissez au moins deux L/G à comparer.</li>
			<li>Pour chaque L/G, mesurez le pH et les concentrations d’entrée et de sortie de CO2 et de H2S, O2 et N2 comme témoin au début, toutes les 15 min pendant 60 min, puis toutes les heures pendant un total de 5 h, à l’aide des instruments décrits précédemment.</li>
			<li>Calculez les pourcentages d’élimination du CO2 à l’aide de l’équation : %Élimination du CO2 = ((CO2entrant - CO2sortant)/(CO2in)) x 100</li>
			<li>Tracez graphiquement les résultats et comparez le comportement du pH et du CO2 pour chacun des L/G testés.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Courbe d’étalonnage pour corréler le poids de la biomasse par litre de culture en fonction de l’absorbance à 750 nm18<ol><li>Échantillonnez la culture d’algues pour essayer d’obtenir une absorbance de 1,0. Si l’absorbance de la culture est inférieure à 1,0, extraire l’eau par filtration (filtre de 0,45 μm) d’un échantillon de culture. Si l’absorbance est supérieure à 1, elle peut être diminuée en ajoutant un milieu de culture frais.</li>
		<li>Préparez cinq suspensions cellulaires d’algues à l’aide de l’échantillon et ajoutez un milieu de culture frais, en pourcentage volume/volume (V/V) : 100 %, 80 %, 60 %, 40 % et 20 %.</li>
		<li>Mesurer et enregistrer l’absorbance à 750 nm des cinq solutions à l’aide d’un spectrophotomètre à l’aide de cuvettes en plastique, où le milieu de culture frais est le blanc.</li>
		<li>Déterminer le poids de la biomasse par litre de culture de chaque suspension en filtrant 10 mL à travers un filtre de 0,45 μm préalablement pesé et en séchant l’échantillon dans un dessiccateur de silice pendant 24 h, puis 48 h pour assurer un poids constant. Répétez cette étape pour chacune des cinq solutions. REMARQUE : Une température plus élevée (supérieure à 60 °C) n’est pas recommandée pour le séchage en raison de la perte de certains composés clés qui pourraient se volatiliser et modifier le poids de l’échantillon.</li>
		<li>Une fois le poids confirmé, calculez la concentration de biomasse dans le réacteur avec l’équation : Concentration de biomasse = (Poids de la biomasse - poids du filtre) x 1000/Volume filtré [g/L]</li>
		<li>Effectuer une régression linéaire des données de poids de la biomasse en grammes par litre de culture en fonction de l’absorbance mesurée à 750 nm à l’aide d’un tableur ou de tout autre logiciel. Le coefficient de régression linéaire doit être supérieur à 0,95 ; sinon, la courbe n’est pas utile et le protocole doit être répété. NOTA : Il s’agit d’un poids de biomasse et non d’un poids sec comme la plupart des méthodes, car la méthode de séchage utilisée ne permet pas d’éliminer complètement l’eau de l’échantillon, ce qui laisse une teneur en eau inférieure à 5 %19.</li>
	</ol></li>
	<li>Croissance de la biomasse<ol><li>Surveillez les réacteurs tous les jours. Prélevez un échantillon de 1 L à mi-chemin entre la roue à aubes et son retour de chaque culture et apportez-le au laboratoire.</li>
		<li>Vérifier la croissance de la colonie et la pureté de la culture au microscope.</li>
		<li>Mesurez et enregistrez l’absorbance à 750 nm des échantillons à l’aide d’un spectrophotomètre, où le milieu de culture frais est le blanc.</li>
		<li>Comparez avec la courbe d’étalonnage pour obtenir le poids estimé de la biomasse en grammes par litre.</li>
		<li>Enregistrez la croissance de chaque réacteur de chemin de roulement.</li>
	</ol></li>
	<li>Production de biomasse - récolte<ol><li>Surveillez les réacteurs tous les jours. Si la croissance de la biomasse dépasse 0,7 g/L pendant l’échantillonnage, la récolte est nécessaire.</li>
		<li>En alternant entre les deux HRAP, placez un treillis en polyester au-dessus d’une section à une extrémité du réacteur et placez l’extrémité d’un tube en PVC flexible dans l’écoulement du liquide afin que l’autre extrémité draine le liquide au-dessus du treillis.</li>
		<li>Drainer entre 4500 L et 7500 L (en fonction de la saturation en biomasse du réacteur) sur le maillage, en maintenant un flux continu vers le HRAP correspondant. La biomasse sera retenue sur le maillage.</li>
		<li>Pour récolter, retirez le treillis du haut du réacteur et placez-le sur une autre surface pour gratter la biomasse et le placer dans un entonnoir.</li>
		<li>Poussez la biomasse à travers l’entonnoir pour créer des formes allongées sur un maillage propre et sec ; Placez le maillage dans une pièce chaude et couverte (34-36 °C) pendant 48-72 h.</li>
		<li>Une fois sec, retirez la biomasse de la maille et pesez-la. Calculez la concentration de biomasse récoltée en g/L à l’aide des équations suivantes : Volume de liquide vidangé = Débit de la pompe x Temps de vidange [L] Concentration de biomasse récoltée = Poids de la biomasse récoltée/Volume de liquide drainé [g/L]</li>
	</ol></li>
</ol>

Culture de microalgues pour l’obtention de biométhane à partir de biogaz de déchets porcins

<ol>
	<li>Mu&#241;oz, R., Meier, L., Diaz, I., Jeison, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+the+state-of-the-art+of+physical/chemical+and+biological+technologies+for+biogas+upgrading.">A review on the state-of-the-art of physical/chemical and biological technologies for biogas upgrading.</a> Rev Environ Sci Biotechnol. 14, 727-759 (2015).</li><li>Karimi, B., Shokrinezhad, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Air+pollution+and+mortality+among+infant+and+children+under+five+years:+A+systematic+review+and+meta-analysis.">Air pollution and mortality among infant and children under five years: A systematic review and meta-analysis.</a> Atmospheric Pollut Res. 11 (6), 61-70 (2020).</li><li>Koengkan, M., Fuinhas, J. A., Silva, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+the+capacity+of+renewable+energy+consumption+to+reduce+outdoor+air+pollution+death+rate+in+Latin+America+and+the+Caribbean+region.">Exploring the capacity of renewable energy consumption to reduce outdoor air pollution death rate in Latin America and the Caribbean region.</a> Environ Sci Pollut Res. 28, 1656-1674 (2021).</li><li>Alvarez-Herranz, A., Balsalobre-Lorente, D., Shahbaz, M., Cantos, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+innovation+and+renewable+energy+consumption+in+the+correction+of+air+pollution+levels.">Energy innovation and renewable energy consumption in the correction of air pollution levels.</a> Energy Policy. 105, 386-397 (2017).</li><li>Razmjoo, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+technical+analysis+investigating+energy+sustainability+utilizing+reliable+renewable+energy+sources+to+reduce+CO2+emissions+in+a+high+potential+area.">A technical analysis investigating energy sustainability utilizing reliable renewable energy sources to reduce CO2 emissions in a high potential area.</a> Renew Energy. 164, 46-57 (2021).</li><li>Franco-Morgado, M., Tabaco-Angoa, T., Ram&#237;rez-Garc&#237;a, M. A., Gonz&#225;lez-S&#225;nchez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strategies+for+decreasing+the+O2+content+in+the+upgraded+biogas+purified+via+microalgae-based+technology.">Strategies for decreasing the O2 content in the upgraded biogas purified via microalgae-based technology.</a> J Environ Manage. 279, 111813 (2021).</li><li>Bail&#243;n, L., Hinge, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Report: Biogas and Bio-Syngas Upgrading. , (2012).</li><li>Persson, M., Jonsson, O., Wellinger, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biogas+Upgrading+to+Vehicle+Fuel+Standards+and+Grid+Injection.">Biogas Upgrading to Vehicle Fuel Standards and Grid Injection.</a> Brochure of IEA Task 37. Energy from Biogas and Landfill Gas. , (2006).</li><li>Soreanu, G., B&#233;land, M., Falletta, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approaches+concerning+siloxane+removal+from+biogas+--+a+review.">Approaches concerning siloxane removal from biogas -- a review.</a> Canadian Biosystems Engineering. 53, 8.1-8.18 (2011).</li><li>Toro-Huertas, E. 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P., Shah, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Techno-economic+comparison+of+biogas+cleaning+for+grid+injection,+compressed+natural+gas,+and+biogas-to-methanol+conversion+technologies:+Techno-economic+analysis+of+existing+and+emerging+biogas+upgrading+technologies.">Techno-economic comparison of biogas cleaning for grid injection, compressed natural gas, and biogas-to-methanol conversion technologies: Techno-economic analysis of existing and emerging biogas upgrading technologies.</a> Biofuels Bioprod Biorefining. 12, 412-425 (2018).</li><li>Toledo-Cervantes, A., Estrada, J. M., Lebrero, R., Mu&#241;oz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+analysis+of+biogas+upgrading+technologies:+Photosynthetic+vs+physical/chemical+processes.">A comparative analysis of biogas upgrading technologies: Photosynthetic vs physical/chemical processes.</a> Algal Res. 25, 237-243 (2017).</li><li>Mar&#237;n, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anaerobic+digestion+of+food+waste+coupled+with+biogas+upgrading+in+an+outdoors+algal-bacterial+photobioreactor+at+pilot+scale.">Anaerobic digestion of food waste coupled with biogas upgrading in an outdoors algal-bacterial photobioreactor at pilot scale.</a> Fuel. 324, 124554 (2022).</li><li>Bahr, M., D&#237;az, I., Dominguez, A., Gonz&#225;lez S&#225;nchez, A., Mu&#241;oz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microalgal-biotechnology+as+a+platform+for+an+integral+biogas+upgrading+and+nutrient+removal+from+anaerobic+effluents.">Microalgal-biotechnology as a platform for an integral biogas upgrading and nutrient removal from anaerobic effluents.</a> Environ Sci Technol. 48 (1), 573-581 (2014).</li><li>Franco-Morgado, M., Alc&#225;ntara, C., Noyola, A., Mu&#241;oz, R., Gonz&#225;lez-S&#225;nchez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+of+photosynthetic+biogas+upgrading+based+on+a+high+rate+algal+pond+under+alkaline+conditions:+Influence+of+the+illumination+regime.">A study of photosynthetic biogas upgrading based on a high rate algal pond under alkaline conditions: Influence of the illumination regime.</a> Sci Total Environ. 592, 419-425 (2017).</li><li>. Manuel de culture artisanale de spiruline Available from: <a target="_blank" href="https://www.scribd.com/document/513003475/Manuel-de-Culture-Artisanale-de-Spiruline">https://www.scribd.com/document/513003475/Manuel-de-Culture-Artisanale-de-Spiruline</a> (2006)</li><li>Lu, L., Yang, G., Zhu, B., Pan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+study+on+three+quantitating+methods+of+microalgal+biomass.">A comparative study on three quantitating methods of microalgal biomass.</a> Indian J Geo-Mar Sci. 46, 2265-2272 (2017).</li><li>Sukarni, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermogravimetric+analysis+of+the+combustion+of+marine+microalgae+Spirulina+platensis+and+its+blend+with+synthetic+waste.">Thermogravimetric analysis of the combustion of marine microalgae Spirulina platensis and its blend with synthetic waste.</a> Heliyon. 6 (9), e04902 (2020).</li><li>Kundu, S., Zanganeh, J., Moghtaderi, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+understanding+explosions+from+methane-air+mixture.">A review on understanding explosions from methane-air mixture.</a> J Loss Prev Process Ind. 40, 507-523 (2016).</li><li>Serejo, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+biogas+flow+rate+on+biomass+composition+during+the+optimization+of+biogas+upgrading+in+microalgal-bacterial+processes.">Influence of biogas flow rate on biomass composition during the optimization of biogas upgrading in microalgal-bacterial processes.</a> Environ Sci Technol. 49 (5), 3228-3236 (2015).</li><li>Toledo-Cervantes, A., Madrid-Chirinos, C., Cantera, S., Lebrero, R., Mu&#241;oz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+the+gas-liquid+flow+configuration+in+the+absorption+column+on+photosynthetic+biogas+upgrading+in+algal-bacterial+photobioreactors.">Influence of the gas-liquid flow configuration in the absorption column on photosynthetic biogas upgrading in algal-bacterial photobioreactors.</a> Bioresour Technol. 225, 336-342 (2017).</li><li>Posadas, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Minimization+of+biomethane+oxygen+concentration+during+biogas+upgrading+in+algal-bacterial+photobioreactors.">Minimization of biomethane oxygen concentration during biogas upgrading in algal-bacterial photobioreactors.</a> Algal Res. 12, 221-229 (2015).</li><li>Gonz&#225;lez S&#225;nchez, A., FloresM&#225;rquez, T. E., Revah, S., Morgan Sagastume, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enrichment+and+cultivation+of+a+sulfide-oxidizing+bacteria+consortium+for+its+deploying+in+full-scale+biogas+desulfurization.">Enrichment and cultivation of a sulfide-oxidizing bacteria consortium for its deploying in full-scale biogas desulfurization.</a> Biomass Bioenergy. 66, 460-464 (2014).</li><li>Gonz&#225;lez-S&#225;nchez, A., Posten, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fate+of+H2S+during+the+cultivation+of+Chlorella+sp.+deployed+for+biogas+upgrading.">Fate of H2S during the cultivation of Chlorella sp. deployed for biogas upgrading.</a> J Environ Manage. 191, 252-257 (2017).</li><li>Hussain, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microalgae+an+ecofriendly+and+sustainable+wastewater+treatment+option:+Biomass+application+in+biofuel+and+bio-fertilizer+production.+A+review.">Microalgae an ecofriendly and sustainable wastewater treatment option: Biomass application in biofuel and bio-fertilizer production. A review.</a> Renew Sustain Energy Rev. 137, 137 (2021).</li><li>lvarez-Gonz&#225;lez, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Can+microalgae+grown+in+wastewater+reduce+the+use+of+inorganic+fertilizers.">Can microalgae grown in wastewater reduce the use of inorganic fertilizers.</a> J Environ Manage. 323, 116224 (2022).</li><li>Deepika, P., MubarakAli, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+and+assessment+of+microalgal+liquid+fertilizer+for+the+enhanced+growth+of+four+crop+plants.">Production and assessment of microalgal liquid fertilizer for the enhanced growth of four crop plants.</a> Biocatal Agric Biotechnol. 28, 101701 (2020).</li><li>. Perspectives for a european standard on biomethane: a Biogasmax proposal Available from: <a target="_blank" href="https://trimis.ec.europa.eu/sites/default/files/project/documents/20120601_135059_69928_d3_8_new_lmcu_bgx_eu_standard_14dec10_vf__077238500_0948_26012011.pdf">https://trimis.ec.europa.eu/sites/default/files/project/documents/20120601_135059_69928_d3_8_new_lmcu_bgx_eu_standard_14dec10_vf__077238500_0948_26012011.pdf</a> (2010)</li><li>. Biomethane - Oxygen Content Assessment Available from: <a target="_blank" href="https://www.gasnetworks.ie/docs/corporate/gas-regulation/Oxygen-concentration-report-17985-AI-RPT-001-Rev-5-Biomethane-review-Penspen.pdf">https://www.gasnetworks.ie/docs/corporate/gas-regulation/Oxygen-concentration-report-17985-AI-RPT-001-Rev-5-Biomethane-review-Penspen.pdf</a> (2018)</li><li>. European biomethane standards for grid injection and vehicle fuel use Available from: <a target="_blank" href="https://www.biosurf.eu/wordpress/wp-content/uploads/2015/06/9.-Arthur_Wellinger.pdf">https://www.biosurf.eu/wordpress/wp-content/uploads/2015/06/9.-Arthur_Wellinger.pdf</a> (2017)</li><li>. NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SECRE-2010, Especificaciones del gas natural (cancela y sustituye a la NOM-001-SECRE-2003, Calidad del gas natural y la NOM-EM-002-SECRE-2009, Calidad del gas natural durante el periodo de emergencia severa) Available from: <a target="_blank" href="https://www.dof.gob.mx/normasOficiales/3997/sener/sener.html">https://www.dof.gob.mx/normasOficiales/3997/sener/sener.html</a> (2010)</li><li>Sharifian, R., Wagterveld, R. M., Digdaya, I. A., Xiang, C., Vermaas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+carbon+dioxide+capture+to+close+the+carbon+cycle.">Electrochemical carbon dioxide capture to close the carbon cycle.</a> Energy Environ Sci. 14, 781-814 (2021).</li><li>Masoj&#237;dek, J., Torzillo, G., Kobl&#237;&#382;ek, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photosynthesis+in+Microalgae.">Photosynthesis in Microalgae.</a> Handbook of Microalgal Culture. , (2013).</li><li>Rendal, C., Witt, J., Preuss, T. G., Ashauer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+framework+for+algae+modeling+in+regulatory+risk+assessment.">A framework for algae modeling in regulatory risk assessment.</a> Environ Toxicol Chem. 42 (8), 1823-1838 (2023).</li><li>Alami, A. H., Alasad, S., Ali, M., Alshamsi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigating+algae+for+CO2+capture+and+accumulation+and+simultaneous+production+of+biomass+for+biodiesel+production.">Investigating algae for CO2 capture and accumulation and simultaneous production of biomass for biodiesel production.</a> Sci Total Environ. 759, 143529 (2021).</li></ol>

Conflit d’intérêts. Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun conflit d’intérêts.

Au fil des ans, cette technologie algale a été testée et utilisée comme alternative aux techniques physico-chimiques difficiles et coûteuses pour purifier le biogaz. En particulier, le genre Arthrospira est largement utilisé à cette fin spécifique, avec Chlorella. Cependant, il existe peu de méthodologies à l’échelle semi-industrielle, ce qui ajoute de la valeur à cette procédure.
Il est essentiel de maintenir des concentrationsd’O2 plus faibles en...

Ces dernières années, plusieurs technologies ont vu le jour pour purifier le biogaz en biométhane, favorisant ainsi son utilisation en tant que combustible non fossile, atténuant ainsi les émissions de méthane non désaérosables1. La pollution de l’air est un problème qui touche la majeure partie de la population mondiale, en particulier dans les zones urbanisées ; En fin de compte, environ 92 % de la population mondiale respire de l’air pollué2. En Amérique latine, les taux de pollution de l’air sont principalement générés par l’utilisation de carburants, alors qu’en 2014, 48 % de la pollution de l’air était provoquée par le secteur de la production d’électricité et de chaleur3.
Au cours de la dernière décennie, de plus en plus d’études sur la relation entre les polluants dans l’air et l’augmentation des taux de mortalité ont été proposées, arguant qu’il existe une forte corrélation entre les deux ensembles de données, en particulier dans les populations d’enfants.
Afin d’éviter la poursuite de la pollution de l’air, plusieurs stratégies ont été proposées ; L’une d’entre elles est l’utilisation de sources d’énergie renouvelables, notamment les éoliennes et les cellules photovoltaïques, qui diminuent les émissions deCO2 dans l’atmosphère 4,5. Une autre source d’énergie renouvelable provient du biogaz, un sous-produit de la digestion anaérobie de la matière organique, produit avec un digestat organique liquide6. Ce gaz est composé d’un mélange de gaz, dont les proportions dépendent de la source de matière organique utilisée pour la méthanisation (boues d’épuration, fumier de bovin, ou biodéchets agro-industriels). Généralement, ces proportions sont CH4 (53 %-70 %vol), CO2 (30 %-47 %vol), N2 (0 %-3 %vol), H2O (5 %-10 % vol), O2 (0 %-1 % vol), H2S (0-10 000 ppmv), NH3 (0-100 ppmv), hydrocarbures (0-200 mg/m3) et siloxanes (0-41 mg/m3)7,8,9, où la communauté scientifique s’intéresse au méthane car il s’agit du composant énergétique renouvelable du mélange.
Cependant, le biogaz ne peut pas être simplement brûlé tel qu’il est obtenu, car les sous-produits de la réaction peuvent être nocifs et contaminants ; Cela soulève la nécessité de traiter et de purifier le mélange pour augmenter le pourcentage de méthane et diminuer le reste, le convertissant essentiellement en biométhane10. Ce processus est également connu sous le nom de mise à niveau. Même si, à l’heure actuelle, il existe des technologies commerciales pour ce traitement, ces technologies présentent plusieurs inconvénients économiques et environnementaux 11,12,13. Par exemple, les systèmes avec lavage au charbon actif et à l’eau (ACF-WS), lavage à l’eau sous pression (PWS), perméation au gaz (GPHR) et adsorption modulée en pression (PSA) présentent certains inconvénients économiques ou autres en termes d’impact environnemental. Une alternative viable (Figure 1) est l’utilisation de systèmes biologiques tels que ceux qui combinent des microalgues et des bactéries cultivées dans des photobioréacteurs ; Parmi les avantages, citons la simplicité de conception et d’utilisation, les faibles coûts d’exploitation et les opérations et sous-produits respectueux de l’environnement 10,13,14. Lorsque le biogaz est purifié en biométhane, ce dernier peut être utilisé comme substitut du gaz naturel, et le digestat peut être mis en œuvre comme source de nutriments pour soutenir la croissance des microalgues dans le système10.
Une méthode largement utilisée dans cette procédure de valorisation est la croissance de microalgues dans des photoréacteurs à circuit ouvert couplée à une colonne d’absorption en raison des coûts d’exploitation inférieurs et du capital d’investissement minimal nécessaire6. Le type de réacteur à couloir le plus utilisé pour cette application est le bassin d’algues à haut débit (HRAP), qui est un bassin de chemin de roulement peu profond où la circulation du bouillon d’algues se fait par l’intermédiaire d’une roue à aubes de faible puissance14. Ces réacteurs ont besoin de grandes surfaces pour leur installation et sont très sensibles à la contamination s’ils sont utilisés dans des conditions extérieures ; dans les procédés de purification du biogaz, il est conseillé d’utiliser des conditions alcalines (pH > 9,5) et d’utiliser des espèces d’algues qui se développent à des niveaux de pH plus élevés pour améliorer l’élimination du CO2 et du H2S tout en évitant la contamination15,16.
Cette recherche visait à déterminer l’efficacité du traitement du biogaz et la production finale de biométhane à l’aide de photobioréacteurs HRAP couplés à un système de colonne d’absorption-désorption et à un consortium de microalgues.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1&#34; rotameter</td>
			<td>CICLOTEC</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1&#34; rotameter</td>
			<td>GPI</td>
			<td>A10-LMA100IA1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Absorption tank</td>
			<td>EFISA</td>
			<td>Made under previous design</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air blower (2.35 HP)</td>
			<td>Elmo Rietschle</td>
			<td>2BH11007AH01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biogas blower (2 HP)</td>
			<td>Elmo Rietschle</td>
			<td>2BH11007AH01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biogas composition measure</td>
			<td>Geotech</td>
			<td>BIOGAS 5000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data-acquisition device</td>
			<td>LabJack Co.</td>
			<td>U3-LV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diffuser tubes</td>
			<td>Aero-Tube</td>
			<td>C3060AR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DO sensor</td>
			<td>Applisens</td>
			<td>Z10023525</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dodecahydrated trisodium phosphate&#160;</td>
			<td>Quimica PIMA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Fertilizer grade (greenhouse and experior use)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dodecahydrated trisodium phosphate&#160;</td>
			<td>Fermont</td>
			<td>35963</td>
			<td>Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Durapore membrane (45 &#181;m)</td>
			<td>MerckMillipore</td>
			<td>HVLP04700&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric motor 1.5 HP</td>
			<td>Weg</td>
			<td>00158ET3ERS56C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferrous sulfate heptahydrate</td>
			<td>Agroquimica Samet</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Fertilizer grade (greenhouse and experior use)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferrous sulfate heptahydrate</td>
			<td>Fermont</td>
			<td>63593</td>
			<td>Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Geomembrane</td>
			<td>GEOSINCERE</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium sulfate heptahydrate</td>
			<td>Tepeyac</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Fertilizer grade (greenhouse and experior use)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium sulfate heptahydrate</td>
			<td>Fermont</td>
			<td>63623</td>
			<td>Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paddle wheel</td>
			<td>GSI</td>
			<td>Made under previous design</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH sensor</td>
			<td>Van London pHoenix</td>
			<td>715-772-0041</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Portable screen</td>
			<td>Rasspberry</td>
			<td>Pi 3 B+</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recirculation centrifugal pump (1.5 HP)</td>
			<td>Aquapak&#160;</td>
			<td>ALY 15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Industria del alcali</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Fertilizer grade (greenhouse and experior use)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Fermont</td>
			<td>12903</td>
			<td>Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Sal Colima</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Fertilizer grade (greenhouse and experior use)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Fermont</td>
			<td>24912</td>
			<td>Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium nitrate</td>
			<td>Vitraquim</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Fertilizer grade (greenhouse and experior use)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium nitrate</td>
			<td>Fermont</td>
			<td>41903</td>
			<td>Analytical grade (Used in cultures inside the laboratory)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Storing program (pH, DO)</td>
			<td>&#160;Python Software Foundation&#160;</td>
			<td>Python IDLE 2.7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tedlar bags</td>
			<td>SKC Inc.</td>
			<td>232-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature recorder</td>
			<td>T&#38;D</td>
			<td>TR-52i</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-Vis Spectrophotometer</td>
			<td>ThermoFisher Scientific instrument</td>
			<td>GENESYS 10S&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>EVAR</td>
			<td>EV-40</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

biogas purification through the use of a microalgae-bacterial system in semi-industrial high rate algal ponds

Ces dernières années, un certain nombre de technologies ont vu le jour pour purifier le biogaz en biométhane. Cette épuration implique une réduction de la concentration de gaz polluants tels que le dioxyde de carbone et le sulfure d’hydrogène afin d’augmenter la teneur en méthane. Dans cette étude, nous avons utilisé une technologie de culture de microalgues pour traiter et purifier le biogaz produit à partir de déchets organiques de l’industrie porcine afin d’obtenir du biométhane prêt à l’emploi. Pour la culture et l’épuration, deux photobioréacteurs à bassin ouvert de 22,2m3 couplés à un système de colonne d’absorption-désorption ont été mis en place à San Juan de los Lagos, au Mexique. Plusieurs rapports liquide/biogaz de recirculation (L/G) ont été testés pour obtenir les meilleures efficacités d’élimination ; d’autres paramètres, tels que le pH, l’oxygène dissous (OD), la température et la croissance de la biomasse, ont été mesurés. Les L/G les plus efficaces étaient de 1,6 et 2,5, ce qui a permis d’obtenir un effluent de biogaz traité avec une composition de 6,8 % vol et 6,6 % vol en CO2, respectivement, et des efficacités d’élimination pour H2S allant jusqu’à 98,9 %, ainsi que le maintien de valeurs de contamination en O2 inférieures à 2 % vol. Nous avons constaté que le pH détermine grandement l’élimination du CO2 , plus que le L/G, pendant la culture en raison de sa participation au processus photosynthétique des microalgues et de sa capacité à faire varier le pH lorsqu’il est solubilisé en raison de sa nature acide. L’oxygène dissous et la température ont oscillé comme prévu à partir des cycles naturels lumière-obscurité de la photosynthèse et de l’heure de la journée, respectivement. La croissance de la biomasse a varié en fonction de l’alimentation en CO2 et en nutriments ainsi que de la récolte dans le réacteur ; Cependant, la tendance est demeurée propice à la croissance.

In recent years, several technologies have emerged to purify biogas to biomethane, promoting its use as non-fossil fuel, therefore mitigating undesairable methane emissions1. Air pollution is a problem that affects most of the world&#39;s population, particularly in urbanized areas; ultimately, around 92% of the world&#39;s population breathe polluted air2. In Latin America, the air pollution rates are mostly created by the use of fuels, whereby in 2014, 48% of the air pollution was brought on by the electricity and heat production sector3.
In the last decade, more and more studies on the relationship between pollutants in the air and the increase in mortality rates have been proposed, arguing that there is a strong correlation between both datasets, particularly in children populations.
As a way to avoid the continuation of air pollution, several strategies have been proposed; one of these is the use of renewable energy sources, including wind turbines and photovoltaic cells, which diminish the CO2 release into the atmosphere4,5. Another renewable energy source comes from biogas, a byproduct of the anaerobic digestion of organic matter, produced along with a liquid organic digestate6. This gas is composed of a mixture of gasses, and their proportions depend on the source of organic matter used for anaerobic digestion (sewage sludge, cattle manure, or agro-industrial biowaste). Generally, these proportions are CH4 (53%-70%vol), CO2 (30%-47%vol), N2 (0%-3%vol), H2O (5%-10%vol), O2 (0%-1%vol), H2S (0-10,000 ppmv), NH3 (0-100 ppmv), hydrocarbons (0-200 mg/m3) and siloxanes (0-41 mg/m3)7,8,9, where the scientific community is interested in the methane gas since this is the renewable energetic component of the mixture.
However, biogas cannot be simply burned as obtained because the byproducts of the reaction can be harmful and contaminant; this raises the need to treat and purify the mixture to increase the percentage of methane and decrease the rest, essentially converting it into biomethane10. This process is also known as upgrading. Even though, currently, there are commercial technologies for this treatment, these technologies have several economic and environmental drawbacks11,12,13. For example, systems with activated carbon and water washing (ACF-WS), pressure water washing (PWS), gas permeation (GPHR), and pressure swing adsorption (PSA) present some economic or other drawbacks of environmental impact. A viable alternative (Figure 1) is the use of biological systems such as those that combine microalgae and bacteria grown in photobioreactors; some advantages include the simplicity of design and operation, the low operating costs, and its environmentally friendly operations and byproducts10,13,14. When biogas is purified to biomethane, the latter can be used as a substitute for natural gas, and the digestate can be implemented as a source of nutrients to support microalgae growth in the system10.
A method widely used in this upgrading procedure is the growth of microalgae in open raceway photoreactors coupled with an absorption column due to the lower operation costs and the minimal investment capital needed6. The most used type of raceway reactor for this application is the high-rate algal pond (HRAP), which is a shallow raceway pond where the circulation of the algal broth occurs via a low-power paddle wheel14. These reactors need large areas for their installation and are very susceptible to contamination if used in outdoor conditions; in biogas purification processes, it is advised to use alkaline conditions (pH &#62; 9.5) and the use of algal species that thrive in higher pH levels to enhance the removal of CO2 and H2S while avoiding contamination15,16.
This research aimed to determine the biogas treatment efficiencies and final production of biomethane using HRAP photobioreactors coupled with an absorption-desorption column system and a microalgae consortium.

Pleins feux sur l’auteur : Mise à l’échelle de la biotechnologie des microalgues pour une production accrue de biométhane 

Purification du biogaz par l’utilisation d’un système microalgue-bactérien dans des étangs semi-industriels à haute teneur en algues

Our research focuses on developing sustainable and viable microalgal biotechnology for biomethane We show that it was possible to scale the biogas filter up to some industrial scale under other conditions. The process of scaling is aimed at treating larger flows of biogas in smaller facilities with the aim of making it more economically viable. Additionally, the process seeks to promote operating conditions that can lead to greater production of value by products extracted from microalgal biomass.Through a full scale process exposed to outdoor conditions, we have discovered various species of microalgae that enable us to operate the microalgal filter efficiently. We have also identified the optimal operating conditions that lead to a higher volumetric concentration of biomethane. We were able to successfully scale up the microalgal filter to full scale operations, and identify the optimal operating conditions for photo bioreactors and microalgae filter to achieve methane concentrations of up to 85%volume.The use of other species of microalgae under the same operating conditions could improve the performance efficiency of the microalgae filter. In spring summer, the increase in temperature will help the efficiency of the system.

Conformément au protocole, le système a été construit, testé et inoculé. Les conditions ont été mesurées et stockées, et les échantillons ont été prélevés et analysés. Le protocole a été réalisé pendant un an, à partir d’octobre 2019 et jusqu’en octobre 2020. Il est important de mentionner qu’à partir de maintenant, les HRAP seront appelés RT3 et RT4.
Productivité du biométhane Afin de déterminer les conditions qui favorisent l’élimination...

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La pollution de l’air a un impact sur la qualité de vie de tous les organismes. Nous décrivons ici l’utilisation de la biotechnologie des microalgues pour le traitement du biogaz (élimination simultanée du dioxyde de carbone et du sulfure d’hydrogène) et la production de biométhane par le biais de bassins d’algues semi-industriels ouverts à haut débit et l’analyse ultérieure de l’efficacité du traitement, du pH, de l’oxygène dissous et de la croissance des microalgues.

In recent years, a number of technologies have emerged to purify biogas into biomethane. This purification entails a reduction in the concentration of ...

Nos recherches se concentrent sur le développement d’une biotechnologie durable et viable des microalgues pour le biométhane Nous montrons qu’il était possible de mettre à l’échelle le filtre à biogaz jusqu’à une certaine échelle industrielle dans d’autres conditions. Le processus de mise à l’échelle vise à traiter des flux plus importants de biogaz dans des installations plus petites dans le but de le rendre plus économiquement viable. De plus, le procédé vise à promouvoir des conditions d’exploitation qui peuvent conduire à une plus grande production de valeur par des sous-produits extraits de la biomasse microalgue.Grâce à un processus à grande échelle exposé aux conditions extérieures, nous avons découvert diverses espèces de microalgues qui nous permettent de faire fonctionner efficacement le filtre à microalgues. Nous avons également identifié les conditions optimales de fonctionnement qui conduisent à une concentration volumétrique plus élevée de biométhane. Nous avons réussi à faire passer le filtre à microalgues à des opérations à grande échelle et à identifier les conditions de fonctionnement optimales pour les photobioréacteurs et le filtre à microalgues afin d’atteindre des concentrations de méthane allant jusqu’à 85 % en volume.L’utilisation d’autres espèces de microalgues dans les mêmes conditions de fonctionnement pourrait améliorer l’efficacité des performances du filtre à microalgues. Au printemps et en été, l’augmentation de la température contribuera à l’efficacité du système.

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Research

JoVE Journal

Environment

Biogas Purification through the use of a Microalgae-Bacterial System in Semi-Industrial High Rate Algal Ponds

1.6K vues.  Universidad Nacional Autónoma de México. Nos recherches se concentrent sur le développement d’une biotechnologie durable et viable des microalgues pour le biométhane Nous montrons qu’il était possible de mettre à l’échelle le filtre à biogaz jusqu’à une certaine échelle industrielle dans d’autres conditions. Le processus de mise à l’échelle vise à traiter des flux plus importants de biogaz dans des installations plus petites dans le but de le rendre plus économiquement viable. De plus, le procédé vise à pr...

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In recent years, a number of technologies have emerged to purify biogas into biomethane. This purification entails a reduction in the concentration of polluting gases such as carbon dioxide and hydrogen sulfide to increase the content of methane. In this study, we used a microalgal cultivation technology to treat and purify biogas produced from organic waste from the swine industry to obtain ready-to-use biomethane. For cultivation and purification, two 22.2 m3 open-pond photobioreactors coupled with an absorption-desorption column system were set up in San Juan de los Lagos, Mexico. Several recirculation liquid/biogas ratios (L/G) were tested to obtain the highest removal efficiencies; other parameters, such as pH, dissolved oxygen (DO), temperature, and biomass growth, were measured. The most efficient L/Gs were 1.6 and 2.5, resulting in a treated biogas effluent with a composition of 6.8%vol and 6.6%vol in CO2, respectively, and removal efficiencies for H2S up to 98.9%, as well as maintaining O2 contamination values of less than 2%vol. We found that pH greatly determines CO2 removal, more so than L/G, during cultivation because of its participation in the photosynthetic process of microalgae and its ability to vary pH when solubilized due to its acidic nature. DO, and temperature oscillated as expected from the light-dark natural cycles of photosynthesis and the time of day, respectively. Biomass growth varied with CO2 and nutrient feeding as well as reactor harvesting; however, the trend remained primed for growth.

Air pollution impacts the quality of life of all organisms. Here, we describe the use of microalgae biotechnology for the treatment of biogas (simultaneous removal of carbon dioxide and hydrogen sulfide) and the production of biomethane through semi-industrial open high-rate algal ponds and subsequent analysis of treatment efficiency, pH, dissolved oxygen, and microalgae growth.