Biogas production from organic waste and biomass - fundamentals and current situation: Review paper

The use of renewable waste for bioenergy production is in discussion because of the concurrence to the food or animal feed. The treatment of organic waste is necessary in order to keep clean the environment. The combination of those proposals, the waste utilization and the production of renewable energy can be combined with several techniques. In Vietnam the energy demand will increase rapidly in the next years, because a lot of people do not have access to electricity. The development of power sources is limited mainly to large central power plants using hydropower and traditional fossil fuels. So in the country there exists a considerable potential for sustainable energy sources like biomass and residues. The biogas potential is large due to the high livestock population. There are more than 30 million animals in farms, mostly pigs, cattle, and water buffalo. There is a high potential for biogas utilization. Biogas production is economic in small and in big plants, so household biogas digesters are one opportunity for production of renewable energy in small villages or cities with a high livestock population. The advantage of anaerobic treatment of organic waste is the work in closed loops. The treatment of organic waste and the utilization of digested sludge from wastewater treatment plants are samples for the circulation of materials after use. The remaining materials can be used in the natural circulation process, because the nutrients such as nitrogen, phosphorous and carbon, and also trace elements remain in the digested matter. In biogas plants a huge variety of substrates can be used. The adaption of biogas technology to the special conditions of the substrates, the increase of the prices for energy, the aim to replace fossil energies with renewable energies will be forced in the next years.Việc sử dụng chất thải có thể tái tạo được để sản xuất năng lượng sinh học là vấn đề còn đang được thảo luận vì sự cạnh tranh với thức ăn hoặc thức ăn cho động vật. Việc xử lý các chất thải hữu cơ là cần thiết để giữ sạch môi trường. Sự kết hợp của các đề xuất đó, tận dụng các chất thải và sản xuất năng lượng tái tạo có thể có thể được kết hợp với một số kỹ thuật. Ở Việt Nam, nhu cầu năng lượng sẽ tăng lên nhanh chóng trong những năm tiếp theo, bởi vì rất nhiều người vẫn chưa có điện sử dụng. Sự phát triển của các nguồn năng lượng chỉ giới hạn chủ yếu là các nhà máy điện lớn trung tâm sử dụng thủy điện và các nhiên liệu hóa thạch truyền thống. Vì vậy, trong nước tồn tại tiềm năng đáng kể cho các nguồn năng lượng bền vững như sinh khối và những nguồn khác. Tiềm năng khí sinh học lớn do quần thể động vật nuôi rất lớn. Có hơn 30 triệu động vật trong trang trại, chủ yếu là lợn, bò, trâu nước. Tiềm năng sử dụng khí sinh học rất cao. Sản xuất khí sinh học rất có hiệu quả kinh tế trong các nhà máy nhỏ và lớn, do đó, các thiết bị phản ứng tạo khí sinh học ở các hộ gia đình là một cơ hội để sản xuất năng lượng tái tạo trong các thành phố hay làng mạc nhỏ với số lượng lớn các gia súc được chăn nuôi. Ưu điểm của việc xử lý kỵ khí các chất thải hữu cơ là làm việc trong vòng khép kín. Việc xử lý các chất thải hữu cơ và sử dụng bùn phân hủy từ các nhà máy xử lý nước thải là các ví dụ cho việc tuần hoàn các vật chất sau khi sử dụng. Các vật chất còn lại có thể được sử dụng trong quá trình tuần hoàn tự nhiên, vì các chất dinh dưỡng như phốt pho, nitơ và carbon, và cả các nguyên tố vi lượng vẫn tồn tại trong nguyên liệu đã phân hủy. Trong các nhà máy khí sinh học, rất nhiều loại chất nền có thể được sử dụng. Sự cải tiến công nghệ sản xuất khí sinh học theo các điều kiện đặc biệt của các chất nền, sự gia tăng của giá năng lượng, mục đích thay thế nguồn năng lượng hóa thạch bằng năng lượng tái tạo sẽ là bắt buộc trong những năm tới

Potenzial biogener Abfälle im Freistaat Sachsen

Untersucht wurden das tatsächliche und potenzielle Aufkommen und die Behandlung biogener Abfälle und Reststoffe im Freistaat Sachsen. Für die im Haushalt anfallenden Küchen- und Grünschnittabfälle ergibt sich eine potenzielle Sammelmenge von insgesamt 528.759 Mg bzw. 125 kg je Einwohner und Jahr. Für Grünschnitt ergeben sich vor allem im Bereich der Pflegemaßnahmen auf öffentlichen Flächen und der Landschaftspflege Mengenpotenziale für die Verwertung. Mit der Vermeidung von Speiseabfällen, der Intensivierung der Erfassung und der effizienten Verwertung der biogenen Abfälle und Reststoffe zeigen sich positive Effekte auf die Klimabilanz

Biogas production from organic waste and biomass - fundamentals and current situation: Review paper

The use of renewable waste for bioenergy production is in discussion because of the concurrence to the food or animal feed. The treatment of organic waste is necessary in order to keep clean the environment. The combination of those proposals, the waste utilization and the production of renewable energy can be combined with several techniques. In Vietnam the energy demand will increase rapidly in the next years, because a lot of people do not have access to electricity. The development of power sources is limited mainly to large central power plants using hydropower and traditional fossil fuels. So in the country there exists a considerable potential for sustainable energy sources like biomass and residues. The biogas potential is large due to the high livestock population. There are more than 30 million animals in farms, mostly pigs, cattle, and water buffalo. There is a high potential for biogas utilization. Biogas production is economic in small and in big plants, so household biogas digesters are one opportunity for production of renewable energy in small villages or cities with a high livestock population. The advantage of anaerobic treatment of organic waste is the work in closed loops. The treatment of organic waste and the utilization of digested sludge from wastewater treatment plants are samples for the circulation of materials after use. The remaining materials can be used in the natural circulation process, because the nutrients such as nitrogen, phosphorous and carbon, and also trace elements remain in the digested matter. In biogas plants a huge variety of substrates can be used. The adaption of biogas technology to the special conditions of the substrates, the increase of the prices for energy, the aim to replace fossil energies with renewable energies will be forced in the next years.Việc sử dụng chất thải có thể tái tạo được để sản xuất năng lượng sinh học là vấn đề còn đang được thảo luận vì sự cạnh tranh với thức ăn hoặc thức ăn cho động vật. Việc xử lý các chất thải hữu cơ là cần thiết để giữ sạch môi trường. Sự kết hợp của các đề xuất đó, tận dụng các chất thải và sản xuất năng lượng tái tạo có thể có thể được kết hợp với một số kỹ thuật. Ở Việt Nam, nhu cầu năng lượng sẽ tăng lên nhanh chóng trong những năm tiếp theo, bởi vì rất nhiều người vẫn chưa có điện sử dụng. Sự phát triển của các nguồn năng lượng chỉ giới hạn chủ yếu là các nhà máy điện lớn trung tâm sử dụng thủy điện và các nhiên liệu hóa thạch truyền thống. Vì vậy, trong nước tồn tại tiềm năng đáng kể cho các nguồn năng lượng bền vững như sinh khối và những nguồn khác. Tiềm năng khí sinh học lớn do quần thể động vật nuôi rất lớn. Có hơn 30 triệu động vật trong trang trại, chủ yếu là lợn, bò, trâu nước. Tiềm năng sử dụng khí sinh học rất cao. Sản xuất khí sinh học rất có hiệu quả kinh tế trong các nhà máy nhỏ và lớn, do đó, các thiết bị phản ứng tạo khí sinh học ở các hộ gia đình là một cơ hội để sản xuất năng lượng tái tạo trong các thành phố hay làng mạc nhỏ với số lượng lớn các gia súc được chăn nuôi. Ưu điểm của việc xử lý kỵ khí các chất thải hữu cơ là làm việc trong vòng khép kín. Việc xử lý các chất thải hữu cơ và sử dụng bùn phân hủy từ các nhà máy xử lý nước thải là các ví dụ cho việc tuần hoàn các vật chất sau khi sử dụng. Các vật chất còn lại có thể được sử dụng trong quá trình tuần hoàn tự nhiên, vì các chất dinh dưỡng như phốt pho, nitơ và carbon, và cả các nguyên tố vi lượng vẫn tồn tại trong nguyên liệu đã phân hủy. Trong các nhà máy khí sinh học, rất nhiều loại chất nền có thể được sử dụng. Sự cải tiến công nghệ sản xuất khí sinh học theo các điều kiện đặc biệt của các chất nền, sự gia tăng của giá năng lượng, mục đích thay thế nguồn năng lượng hóa thạch bằng năng lượng tái tạo sẽ là bắt buộc trong những năm tới

Biogas production from organic waste and biomass - fundamentals and current situation: Review paper

The use of renewable waste for bioenergy production is in discussion because of the concurrence to the food or animal feed. The treatment of organic waste is necessary in order to keep clean the environment. The combination of those proposals, the waste utilization and the production of renewable energy can be combined with several techniques. In Vietnam the energy demand will increase rapidly in the next years, because a lot of people do not have access to electricity. The development of power sources is limited mainly to large central power plants using hydropower and traditional fossil fuels. So in the country there exists a considerable potential for sustainable energy sources like biomass and residues. The biogas potential is large due to the high livestock population. There are more than 30 million animals in farms, mostly pigs, cattle, and water buffalo. There is a high potential for biogas utilization. Biogas production is economic in small and in big plants, so household biogas digesters are one opportunity for production of renewable energy in small villages or cities with a high livestock population. The advantage of anaerobic treatment of organic waste is the work in closed loops. The treatment of organic waste and the utilization of digested sludge from wastewater treatment plants are samples for the circulation of materials after use. The remaining materials can be used in the natural circulation process, because the nutrients such as nitrogen, phosphorous and carbon, and also trace elements remain in the digested matter. In biogas plants a huge variety of substrates can be used. The adaption of biogas technology to the special conditions of the substrates, the increase of the prices for energy, the aim to replace fossil energies with renewable energies will be forced in the next years.Việc sử dụng chất thải có thể tái tạo được để sản xuất năng lượng sinh học là vấn đề còn đang được thảo luận vì sự cạnh tranh với thức ăn hoặc thức ăn cho động vật. Việc xử lý các chất thải hữu cơ là cần thiết để giữ sạch môi trường. Sự kết hợp của các đề xuất đó, tận dụng các chất thải và sản xuất năng lượng tái tạo có thể có thể được kết hợp với một số kỹ thuật. Ở Việt Nam, nhu cầu năng lượng sẽ tăng lên nhanh chóng trong những năm tiếp theo, bởi vì rất nhiều người vẫn chưa có điện sử dụng. Sự phát triển của các nguồn năng lượng chỉ giới hạn chủ yếu là các nhà máy điện lớn trung tâm sử dụng thủy điện và các nhiên liệu hóa thạch truyền thống. Vì vậy, trong nước tồn tại tiềm năng đáng kể cho các nguồn năng lượng bền vững như sinh khối và những nguồn khác. Tiềm năng khí sinh học lớn do quần thể động vật nuôi rất lớn. Có hơn 30 triệu động vật trong trang trại, chủ yếu là lợn, bò, trâu nước. Tiềm năng sử dụng khí sinh học rất cao. Sản xuất khí sinh học rất có hiệu quả kinh tế trong các nhà máy nhỏ và lớn, do đó, các thiết bị phản ứng tạo khí sinh học ở các hộ gia đình là một cơ hội để sản xuất năng lượng tái tạo trong các thành phố hay làng mạc nhỏ với số lượng lớn các gia súc được chăn nuôi. Ưu điểm của việc xử lý kỵ khí các chất thải hữu cơ là làm việc trong vòng khép kín. Việc xử lý các chất thải hữu cơ và sử dụng bùn phân hủy từ các nhà máy xử lý nước thải là các ví dụ cho việc tuần hoàn các vật chất sau khi sử dụng. Các vật chất còn lại có thể được sử dụng trong quá trình tuần hoàn tự nhiên, vì các chất dinh dưỡng như phốt pho, nitơ và carbon, và cả các nguyên tố vi lượng vẫn tồn tại trong nguyên liệu đã phân hủy. Trong các nhà máy khí sinh học, rất nhiều loại chất nền có thể được sử dụng. Sự cải tiến công nghệ sản xuất khí sinh học theo các điều kiện đặc biệt của các chất nền, sự gia tăng của giá năng lượng, mục đích thay thế nguồn năng lượng hóa thạch bằng năng lượng tái tạo sẽ là bắt buộc trong những năm tới

Effectiveness of traditional solid waste management system of rural communities: A case study in the Kwahu East District, Ghana

Waste management (WM) remains a significant challenge for most developing countries where rapid population growth and urbanisation influence annual waste generation, with the consequent proliferation of traditional waste management approaches and varying peculiarities yet to be comprehended. This study applied household surveys and expert interviews to explore WM dynamics in Ghana's rural settings using Kwahu East District (KED) as a case example. The study (1) examines traditional WM systems, (2) the perception of rural households on existing WM systems, and (3) explores the existence and effectiveness of relevant local policies and or by-laws. The results point to diverse traditional WM measures with minimal to almost no interventions from the formal sector (the district assembly). Although most respondents (66 %) held a positive perception of sustainable WM practices, these do not translate into good practices due to the combined effects of the lack of enforcement of WM regulations and lack of WM facilities (e.g., waste bins) in the study communities, resulting to indiscriminate dumping of waste in some communities. For a proper WM in the rural settings of the KED, there should be a multidimensional and multilevel WM approach to identify and strengthen best practices of WM with emphasis on the importance of formal WM interventions. From a policy standpoint, decentralised enforcement of WM policies is essential to guarantee the long-term adoption of best practices

Nitrate consumption by the oxidation of sulfides during an enhanced natural attenuation project at a contaminated site in Berlin, Germany

BACKGROUND: Organic pollutants at contaminated sites are often eliminated naturally by biological degradation. The redox processes responsible can be enhanced by infiltrating electron acceptors such as nitrate or sulfate into the aquifer. However, the addition of oxidative agents can lead to undesired side-effects in the saturated soil zone such as the consumption of nitrate by the oxidation of sulfides contained in the aquifer. Laboratory-scale 1D column experiments in up flow mode were performed to evaluate the potential consumption of nitrate and the related kinetics by the oxidation of sulfides during an enhanced natural attenuation project at a site contaminated with monoaromatic compounds and trimethylbenzene. Water containing nitrate was infiltrated into aquifer soil material containing sulfides. To study side reactions, experiments were conducted with low levels of organic hazardous compounds. RESULTS: The results indicate that sulfide was oxidized with the simultaneous formation of sulfate by nitrate-consuming processes. The degradation rate of sulfide was calculated to be 1.26 mg kg⁻¹ per exchanged pore volume, corresponding to nitrate consumption of 8.5 mg kg⁻¹ in the case of incomplete denitrification and 3.4 mg kg⁻¹ in the case of complete denitrification. CONCLUSION: The presence of sulfides contained in the soil leads to a nitrate-consuming redox reaction following a linear function in case of sufficient availability of nitrate. This information is helpful for planning ENA projects at contaminated sites to reduce the risk of under- or overdosing the electron acceptor nitrate, which may lead to a lack of nitrate needed to enhance the biodegradation of contaminants in the aquifer or to the deterioration of groundwater quality

Zinc(II) Adsorption by Low-Carbon Shungite: The Effect of pH

Shungite is a carbonaceous rock which is abundant in Karelia (Russian Federation). Large deposits of shungite with low levels of carbon (approx. 10% C) are also found in Kazakhstan, where it is mined under the trade name Taurit (Koksu Mining Company). Although Taurit has been reported to be used as an adsorbent for hazardous compounds in water treatment, there is very little precise data about its adsorption capacity or the compounds adsorbed. In this study, the ability of Taurit to adsorb Zn(II) was investigated and Freundlich isotherms were determined for both distilled water and tap water. Taurit was found to have a high buffer capacity leading to pH values > 7.0 in aqueous solution. Because dissolved zinc precipitates as Zn(OH)2 under alkaline conditions, the pH must be carefully controlled and kept ≤7.0. Despite the small inner surface area (BET) of Taurit (13.4 m2 g−1), Freundlich coefficients for distilled water (Kf = 2.4, n = 4.0) and tap water (Kf = 1.5, n = 2.5) were similar to other adsorbents. Our results indicate that Taurit could provide a cheap alternative to activated carbon since both substances have a similar adsorption capacity (at least for Zn(II))

Microalgae contribution in enhancing the circular economy drive of biochemical conversion systems – A review

The global impact of greenhouse gas emissions requires concerted efforts to reduce emissions and energy use, and to increase carbon capture and sequestration. Promoting the circular economy in CO2 sequestration systems optimises resource use and reduces the emissions burden throughout the supply chain. Carbon capture from anaerobic digestion, composting and fermentation (particularly ethanol) processes offers great opportunities for climate change mitigation. The waste/by-products generated from these processes can limit the need to source nutrients from outside the system and increase the potential for circular economy. The integration of microalgae cultivation with each of anaerobic digestion, composting and ethanol fermentation processes provides a new model for climate change mitigation of biogenic CO2 and circular economy. While this model is limited by high energy consumption and nutrient demand, seasonal variability, operational efficiency and end-user requirements, further research and policy support will go a long way in realising the associated benefits, including in CO2 fixation, nutrient recovery, waste remediation and as an alternative source of animal feed

Optimising Nutrient Cycles to Improve Food Security in Smallholder Farming Families—A Case Study from Banana-Coffee-Based Farming in the Kagera Region, NW Tanzania

In East Africa, soil nutrient depletion and low yields jeopardise the food security of smallholder farming families and exacerbate poverty. The main reasons for the depletion of soil nutrients are overuse due to population growth, limited land, and increasing uncertainty in agricultural production caused by climate change. This study aims to analyse and optimise nutrient flows and stocks in the homegardens of smallholder banana-coffee-based farming systems in the Kagera region in NW Tanzania. The plant nutrients nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K) in plant-based biomass and organic farm waste are under investigation. We used data from a farm household survey (150 households) and from focus group discussions with 22 trainers who had been training about 750 farm households in sustainable land management (SLM) at a local farmer field school. In total, we identified six farm household types and calculated a nutrient balance (NB) for the homegardens of each household type. The NB was calculated for the following five management scenarios: S0: business as usual; S1: the use of 80% of the available human urine; S2: the incorporation of 0.5 t yr−1 of the herbaceous legume species Crotalaria grahamiana into the soil; S3: the production of 5 m3 yr−1 CaSa-compost (human excreta and biochar) and its application on 600 m2 land; and S4: a combination of S1, S2, and S3. The results show that the NB varies considerably depending on whether farmers have implemented the SLM training, apply nutrient-preserving manure collection and storage methods, and purchase fodder (imported nutrients), or whether they do not collect manure or do not purchase fodder. Trained farm households are more likely to have a positive NB than untrained households because they have already improved the nutrient management of their farms through the successful implementation of SLM practices. Untrained households would improve the NB in their homegardens under all management scenarios. However, the NB depends on labour-intensive manure collection and compost production, labour shortages, prolonged dry seasons, and socio-economic imbalances. As long as these constraints remain, nutrient deficiencies will not be overcome with mineral fertilisers alone, because soils have to be further enriched with organic matter first. In this paper, we also emphasise the importance of the system boundary, because only a complete NB can give an estimate of actual nutrient removal and the resulting nutrient demand (including removals by fodder and trees). Further improvements in the SLM training may be achieved by (i) measuring the current nutrient status of soils, (ii) analysing the need for the coexistence of free-range livestock on the grassland and zero-grazing in trained households, and (iii) conducting an in-depth analysis of the socio-economic differences between successful and unsuccessful households. In conclusion, if smallholder farmers were to integrate further improved SLM training and optimised nutrient management (S1 to S4), we assume that the NB would turn positive. Last but not least, the SLM training by the farmer field school may serve as a best-practice example for training and policy recommendations made by government institutions

Chemically stressed bacterial communities in anaerobic digesters exhibit resilience and ecological flexibility

Anaerobic digestion is a technology known for its potential in terms of methane production. During the digestion process, multiple metabolites of high value are synthesized. However, recent works have demonstrated the high robustness and resilience of the involved microbiomes; these attributes make it difficult to manipulate them in such a way that a specific metabolite is predominantly produced. Therefore, an exact understanding of the manipulability of anaerobic microbiomes may open up a treasure box for bio-based industries. In the present work, the effect of nalidixic acid, γ-aminobutyric acid (GABA), and sodium phosphate on the microbiome of digested sewage sludge from a water treatment plant fed with glucose was investigated. Despite of the induced process perturbations, high stability was observed at the phylum level. However, strong variations were observed at the genus level, especially for the genera Trichococcus, Candidatus Caldatribacterium, and Phascolarctobacterium. Ecological interactions were analyzed based on the Lotka–Volterra model for Trichococcus, Rikenellaceae DMER64, Sedimentibacter, Candidatus Cloacimonas, Smithella, Cloacimonadaceae W5 and Longilinea. These genera dynamically shifted among positive, negative or no correlation, depending on the applied stressor, which indicates a surprisingly dynamic behavior. Globally, the presented work suggests a massive resilience and stability of the methanogenic communities coupled with a surprising flexibility of the particular microbial key players involved in the process.We are grateful for funding of the work by the German Ministry of Economic Affairs and Energy (grant numbers 16KN070128 and 16KN070126). Moreover, we thank the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities for funding the Ph.D. of Adriel Latorre-Pérrez (Doctorado Industrial Fellowship, reference DI-17-09613). Finally, we are grateful for open access funding by the publication fund of the TU Dresden and for funding by the European Union through the BioRoboost project, H2020-NMBP-TR-IND-2018-2020/BIOTEC-01-2018 (CSA), Project ID 210491758.Peer reviewe