The potential of sewage sludge and microalgae:

Abstract

Es preveu que l'esgotament de les reserves de combustibles fòssils succeeixi en les pròximes dècades. La producció de biocombustibles per reduir la demanda de combustibles fòssils ha provocat diversos problemes; per exemple, la producció de biodièsel a partir de matèries primeres també utilitzades en la producció d'aliments ha modificat l'ús de les sòls agrícoles reemplaçant la producció d'aliments per la producció d'energia. En aquest context, les microalgues han sorgit com a matèria primera de baix cost i no comestibles. Aquesta tesi investiga diferents escenaris per produir biocombustibles a partir de microalgues: Isochrysis mandra, Selenastrum capricornutum, Phaeodactylum tricornutum, Chlorella vulgaris, Chlorella kessleri, Nannochloropsis oculata i Nannochloropsis oceanica. Les microalgues van ser convertides principalment en dos biocombustibles: metà, produït per digestió anaeròbica, i bio-oli, produït per liqüefacció hidrotèrmica. En el cas de la digestió anaeròbia, s'ha avaluat la influència de diversos paràmetres en la producció de metà: espècies de microalgues, temperatura de la digestió, relació substrat:inòcul, pretractament de la biomassa i la co-digestió de microalgues amb fangs de depuradora. En cas de liqüefacció hidrotérmica, els paràmetres investigats van ser: temperatura i l'addició de co-dissolvents per millorar els rendiments de bio-oil i la seva qualitat. A més de la producció de biocombustibles, aquesta tesi també avalua la possibilitat de reciclar nutrients per al cultiu de microalgues a partir dels sub-productes generats en la digestió anaeròbia i en la liqüefacció.

Se prevé el agotamiento de las reservas de combustibles fósiles en las próximas décadas. La producción de biocombustibles para reducir la demanda de combustibles fósiles ha provocado varios problemas; por ejemplo, la producción de biodiesel a partir de materias primas también utilizadas en la producción de alimentos ha modificado el uso de las tierras agrícolas reemplazando la producción de alimentos por la producción de energía. En este contexto, las microalgas han surgido como materia prima de bajo costo y no comestibles. Esta tesis investiga diferentes escenarios para producir biocombustibles a partir de distintas microalgas: Isochrysis galbana, Selenastrum capricornutum, Phaeodactylum tricornutum, Chlorella vulgaris, Chlorella kessleri, Nannochloropsis oculata y Nannochloropsis oceanica. Principalmente, dos biocombustibles diferentes han sido producidos: metano, mediante digestión anaeróbica, y bio-oil, mediante licuefacción hidrotérmica. En el caso de la digestión anaerobia, se ha evaluado la influencia de diversos parámetros en la producción de metano: las especies de microalgas, la temperatura de la digestión, la relación sustrato:inóculo, el pre-tratamiento de la biomasa y la co-digestión de microalgas con lodos de depuradora. En caso de licuefacción hidrotérmica, los parámetros investigados fueron: temperatura y la adición de co-disolventes para mejorar los rendimientos de bio-oil y su calidad. Además de la producción de biocombustibles, esta tesis también evalúa la posibilidad de reciclar nutrientes para el cultivo de microalgas a partir de los sub-productos generados en la digestión anaerobia y en la licuefacción

The depletion of the fossil-fuel reserves is predicted to happen the next few decades. The biofuels production to alleviate the fossil-fuel demand has caused several problems; for example, the biodiesel production from edible oil seeds has shifted out the land from food to energy production. In this context, microalgae have arisen as low-cost and non-edible feedstocks for biofuels production. This thesis investigates different scenarios to produce biofuels from microalgae. Isochrysis galbana, Selenastrum capricornutum, Phaeodactylum tricornutum, Chlorella vulgaris, Chlorella kessleri, Nannochloropsis oculata and Nannochloropsis oceanica are microalgae species used in the experiments. The biomass was mainly converted into two different biofuels: methane, produced by anaerobic digestion, and bio-oil, produced by hydrothermal liquefaction. In case of anaerobic digestion, the influence of several parameters on the methane production has been evaluated: microalgae species, temperature of digestion, substrate to inoculum ratio, biomass pre-treatment and co-digestion of microalgae and sewage sludge. In case of hydrothermal liquefaction, the parameters investigated were: temperature and addition of co-solvents to improve bio-oil yields and quality. Additionally to the benefits of producing biofuels from microalgae, this thesis also evaluates the possibility of recycling nutrients after anaerobic digestion and liquefaction for microalgae cultivation.