Experimental system for the prevention of O2- and air contamination during biogas upgrading with phototrophic microalgae
Several alternative biogas purification techniques are currently being examined for increasing the efficiency of the biogas production. Phototrophic microalgal strains have been tested for converting large quantities of CO2 from biogas into algal biomass. However, nearly all studies on biogas upgrading with microalgae resulted in contamination of upgraded gas with O2 caused by photosynthesis or air due to algal culturing in open ponds. To avoid impurities in upgraded biogas, we tested a discontinuous system at bench scale. We grew the well-studied green algae Chlorella vulgaris and the recently described green algae Chloroparva pannonica in a tubular photobioreactor with 3NBB medium. Subsequently, we used a detached gas scrubber to transfer CO2 from biogas into dark-adapted microalgal suspensions. During the gas upgrading, the O2- and CO2 concentrations in biogas were monitored and corresponding reaction kinetics of mass transfer from biogas into algal medium were determined. The upgrading experiments resulted in a virtually complete removal of CO2 from all biogas batches. Simultaneously, no O2 or air was added to the upgraded biogases. Furthermore, we found varying CO2 kinetics which indicated an algal-specific effect upon the CO2 removal from biogas. These findings proved the suitability of our experimental system for detailed studies on biogas upgrading with phototrophic microalgae, including their culture media. Moreover, we demonstrated the feasibility of bench-scale biogas upgrading with microalgae without simultaneous contamination of the upgraded gas.
Gegenwärtig werden verschiedene Mikroalgen als alternatives Biogasaufbereitungsverfahren untersucht. Bei der Umwandlung von Biogas-CO2 in Algenbiomasse treten jedoch in nahezu allen Studien Verunreinigungen der aufbereiteten Gase auf. Diese erfolgen in Form von Sauerstoff durch Photosynthese sowie Luft infolge der Algenkultivierung in Becken. Um Gaskontaminationen zu vermeiden, kultivierten wir Chlorella vulgaris und Chloroparva pannonica in einem Photobioreaktor. In einem separaten Gaswäscher überführten wir anschließend Biogas in die dunkel-adaptierten Algensuspensionen. Während der Gasaufbereitung wurden die O2- und CO2-Konzentrationen überwacht und entsprechende Kinetiken des Massentransfers von Biogas zu Algenmedium bestimmt. Die Experimente zeigten eine nahezu vollständige Entfernung des CO2 aus allen eingesetzten Biogaschargen. Gleichzeitig wurde den aufbereiteten Gasen weder O2 noch Luft hinzugefügt. Darüber hinaus fanden wir abweichende CO2-Kinetiken, die auf eine algen-spezifische Beeinflussung der CO2-Entfernung schließen lassen. Die Ergebnisse belegen die Eignung unseres Versuchsaufbaus für detaillierte Untersuchungen zur Biogasaufbereitung mit phototrophen Mikroalgen, einschließlich deren Kulturmedien. Zudem wurde die Machbarkeit der Biogasaufbereitung mittels phototropher Mikroalgen ohne die gleichzeitige Verunreinigung aufbereiteter Gase im Labormaßstab gezeigt.
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