Integrating anaerobic digestion and slow pyrolysis improves the product portfolio of a cocoa waste biorefinery

The integration of conversion processes with anaerobic digestion is key to increase value from agricultural waste, like cocoa pod husks, generated in developing countries. The production of one metric ton of cocoa beans generates some 15 metric tonnes of organic waste that is today underutilized. This waste can be converted into added value products by anaerobic digestion, converting part of the cocoa pods to biogas while releasing nutrients, and pyrolysis. Here, we compared different scenarios for anaerobic digestion/slow pyrolysis integration in terms of product portfolio (i.e., biogas, pyrolysis liquids, biochar and pyrolysis gases), energy balance and potential for chemicals production. Slow pyrolysis was performed at 350 degrees C and 500 degrees C on raw cocoa pod husks, as well as on digestates obtained from mono-digestion of cocoa pod husks and co-digestion with cow manure. Anaerobic digestion resulted in 20 to 25 wt% of biogas for mono and co-digestion, respectively. Direct pyrolysis of cocoa pod husks mainly resulted in biochar with a maximum yield of 48 wt%. Anaerobic digestion induced compositional changes in the resulting biochar, pyrolysis liquids and evolved gases after pyrolysis. Pyrolysis of mono-digestatee.g., resulted in a more energy-dense organic phase, rich in valuable phenolics while poorer in light oxygenates that hold a modest value. Our comparison shows that co-digestion/slow pyrolysis at 500 degrees C and mono-digestion/slow pyrolysis at 350 degrees C both present high-potential biorefinery schemes. They can be self-sustaining in terms of energy, while resulting in high quality biochar for nutrient recycling and/or energy recovery, and/or phenolics-rich pyrolysis liquids for further upgrading into biorefinery intermediates

Estudo de biomassas de óleo de fritua, restos de alimenso e grama para a produção de biogás

Anais do III Encontro de Iniciação Científica da Unila - Sessão de Antropologia - 07/11/14 – 08h30 às 11h00 - Unila-PTI - Bloco 09 – Espaço 01 – Sala 03Aumentos constantes dos níveis de poluição ao redor do mundo levam a um aumento no efeito estufa, nos alarmando em relação ao aquecimento global e todas suas consequências, e nos leva a necessidade da redução da utilização de combustíveis fósseis, buscando-se novas alternativas. Além da poluição devido aos gases de efeito estufa, outra preocupação atual são os resíduos sólidos urbanos e rurais, pois os mesmos quando descartados de maneira incorreta vêm a poluir nosso meio ambiente. O biogás proveniente da biodigestão anaeróbia vem como uma alternativa a estes dois problemas: a biodigestão nos propicia o reaproveitamento adequado de diversos tipos de biomassa, gerando como produto final o biogás e como subproduto um biofertilizante de alta qualidade. A biodigestão e o biogás podem ser uma solução tanto para o meio rural quanto para o meio urbano, pois buscam-se alternativas para a produção de biogás através dos mais variados tipos de biomassa. Este trabalho traz alguns dados sobre a produção de biogás a partir de três diferentes tipos de resíduos orgânicos: grama, óleo de fritura e resíduo de restaurante (resto de comida), sendo o óleo e o resíduo de restaurante obtidos no restaurante da Fundação Parque Tecnológico Itaipu (FPTI) e a grama proveniente do corte dos gramados da Itaipu Binacional e da FPTI. Além das biomassas puras também realizaram-se misturas de diferentes tipos de grama com resíduo de restaurante, em proporções de 50:50, 25:75 e 75:25. Alguns dos resultados obtidos para a produção de biogás por 1 kg de substrato foram: 129,35 L para a grama, 821,24 L para o óleo de fritura e 147,06 L para o resíduo de restaurante. Para as misturas grama:resíduo de restaurante foram obtidos os seguintes valores: 54,51 L para a mistura com proporções 50:50, 63,53 L para a mistura com proporções 25:75 e 47,81 L para a mistura com proporções 75:25. Como verificado acima, a produção de biogás para o óleo de fritura foi bastante acentuado em relação aos demais substratos, produzindo quantidades até 5 vezes superiores a quantidade de biogás produzida pelo resíduo de restaurante e superiores até 6 vezes a quantidade de biogás produzido pela grama. As produções de biogás nas amostras de misturas foram bastante inferiores aos demais substratos. Os resultados deste trabalho foram satisfatórios, visto que a possibilidade de produção de biogás a partir destes resíduos foi confirmada, abrindo a possibilidade de um melhor aproveitamento dos mesmos. Como trabalho futuro propõe-se a produção de biogás em maiores quantidades a partir destes resíduos, em um biodigestor em escala real. Agradecemos à Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA) pela bolsa de iniciação científica concedida. Agradecemos ao Centro Internacional de Energias Renováveis – Biogás (CIBiogás-ER) pelos dados disponibilizados.Bolsista Probic/UNILA.; Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA

Estudo de biomassas de ĺeo de fritura, restos de alimentos e grama para a produção de biogás

Anais do III Encontro de Iniciação Científica da Unila - Sessão de Química - 06/11/14 – 15h40 às 18h40 - Unila-PTI - Bloco 09 – Espaço 03 – Sala 03Aumentos constantes dos níveis de poluição ao redor do mundo levam a um aumento no efeito estufa, nos alarmando em relação ao aquecimento global e todas suas consequências, e nos leva a necessidade da redução da utilização de combustíveis fósseis, buscando-se novas alternativas. Além da poluição devido aos gases de efeito estufa, outra preocupação atual são os resíduos sólidos urbanos e rurais, pois os mesmos quando descartados de maneira incorreta vêm a poluir nosso meio ambiente. O biogás proveniente da biodigestão anaeróbia vem como uma alternativa a estes dois problemas: a biodigestão nos propicia o reaproveitamento adequado de diversos tipos de biomassa, gerando como produto final o biogás e como subproduto um biofertilizante de alta qualidade. A biodigestão e o biogás podem ser uma solução tanto para o meio rural quanto para o meio urbano, pois buscam-se alternativas para a produção de biogás através dos mais variados tipos de biomassa. Este trabalho traz alguns dados sobre a produção de biogás a partir de três diferentes tipos de resíduos orgânicos: grama, óleo de fritura e resíduo de restaurante (resto de comida), sendo o óleo e o resíduo de restaurante obtidos no restaurante da Fundação Parque Tecnológico Itaipu (FPTI) e a grama proveniente do corte dos gramados da Itaipu Binacional e da FPTI. Além das biomassas puras também realizaram-se misturas de diferentes tipos de grama com resíduo de restaurante, em proporções de 50:50, 25:75 e 75:25. Alguns dos resultados obtidos para a produção de biogás por 1 kg de substrato foram: 129,35 L para a grama, 821,24 L para o óleo de fritura e 147,06 L para o resíduo de restaurante. Para as misturas grama:resíduo de restaurante foram obtidos os seguintes valores: 54,51 L para a mistura com proporções 50:50, 63,53 L para a mistura com proporções 25:75 e 47,81 L para a mistura com proporções 75:25. Como verificado acima, a produção de biogás para o óleo de fritura foi bastante acentuado em relação aos demais substratos, produzindo quantidades até 5 vezes superiores a quantidade de biogás produzida pelo resíduo de restaurante e superiores até 6 vezes a quantidade de biogás produzido pela grama. As produções de biogás nas amostras de misturas foram bastante inferiores aos demais substratos. Os resultados deste trabalho foram satisfatórios, visto que a possibilidade de produção de biogás a partir destes resíduos foi confirmada, abrindo a possibilidade de um melhor aproveitamento dos mesmos. Como trabalho futuro propõe-se a produção de biogás em maiores quantidades a partir destes resíduos, em um biodigestor em escala real. Agradecemos à Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA) pela bolsa de iniciação científica concedida. Agradecemos ao Centro Internacional de Energias Renováveis – Biogás (CIBiogás-ER) pelos dados disponibilizados.Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA

Anaerobic digestion of cocoa waste within a circular economy context

The role of anaerobic digestion in the present bioeconomy concept exceeds the boundaries of on-site electricity and heat production, as it can serve as a process for renewable energy recovery and the production of bio-based products. To apply this concept, three agricultural feedstocks were evaluated for potential biogas production: cocoa waste, pumpkin and animal manure. First, the optimization of cocoa waste anaerobic digestion was evaluated employing batch and fed-batch reactors in high (dry AD) and low (wet AD) total solids content of the feedstock. Dry AD performed significantly better than wet AD. A case study included a theoretical energy potential calculation for a full-scale plant with data obtained experimentally. AD from cocoa waste could supply up to 82% of the electricity demand of a rural region of Ecuador where cocoa is grown (20,000 inhabitants). It was confirmed that the use of synthetic nutrients and cow manure improved biogas and methane yields from cocoa waste, significantly. Interestingly, the treatment of synthetic nutrient addition and co-digestion with sterile cow manure had no significant differences. However, the best treatment was co-digestion with raw cow manure in terms of stability and methane yields in the long-term operation. A possible explanation behind the long-term stabilization of co-digestion with raw cow manure might be the high presence of Metanosaetaceae in the cow manure feedstock, which remained stable throughout the experiment. After AD optimization, a cyclic valorization of agricultural residues with different processes was performed. AD was integrated with slow pyrolysis to evaluate the energy and mass balances towards new products. The integrated process of co-digestion (cocoa waste + cow manure), followed by the slow pyrolysis of the digestate at 500 °C recovers most of the intrinsic energy of the waste into the gas phase in the form of biogas and non-condensable gases (up to 48%). In synthesis, these integrated processes recover more energy than each of processes separated, being equivalent to 61% mass conversion from the feedstock to fuel (liquid and gas). Finally, we demonstrated that electrochemical biogas upgrading is a successful method to separate CO2 from biogas. The process achieved almost perfect CO2 removal efficiency. Electrochemical biogas separation produces ‘customized’ gas mixtures. The final cathode and anode off-gas blend varied with the current applied, indicating that it is possible to have specific gas blends according to our necessities by changing operational parameters of the electrochemical upgrading unit. Animal feed, in the form of microbial protein, were generated from real stream biogas, cathode and anode off-gases. Cathode off-gas achieved the highest biomass concentration and the highest protein content in the microbial biomass. In conclusion, co-digestion proved to be a powerful technology in dealing with agricultural residues and brings stability and buffer capacity in the overall anaerobic digestion process in the long term. Slow pyrolysis has a strong potential for dealing with agricultural waste. Digestate, biogas, biochar, bio-oil and even syngas can supply agricultural areas that have a high demand for fuel and soil amendments. The best-case scenario is the integration of co-digestion and slow pyrolysis. This alternative has the highest energy efficiency in terms of gross energy recovery and in terms of net energy return. Finally, new products can be obtained from agricultural waste, such as microbial protein using anaerobic digestion as central technology

Cow manure stabilizes anaerobic digestion of cocoa waste

Anaerobic digestion of a mono-feedstock often causes low methane yields and process instability. An effective strategy to overcome these barriers is co-digestion with animal manure. The obtained process improvement is often attributed to buffer capacity, nutrients, vitamins and trace metals, and microorgan-isms present in manure, but it remains unknown which factor plays the key role in digester performance. Here, we investigated anaerobic digestion of cocoa waste in four different treatments: mono-digestion, addition of synthetic nutrients, co-digestion with sterile cow manure, and co-digestion with raw cow manure. Co-digestion with raw manure resulted in the highest methane yield of 181 +/- 39 L kg(-1) VS (vola-tile solids), similar to the co-digestion with sterile manure, i.e., 162 +/- 52 L kg(-1) VS. The supplementation of synthetic nutrients to the anaerobic digestion of cocoa waste only temporarily increased methane yield, indicating that this will tackle a lack of nutrients in the short term, but has a limited long-term con-tribution to the stabilization of the process. Hence, because of the inability of synthetic nutrients to sta-bilize the digestion process and the similarity between the digesters fed sterile and raw manure, both at the physico-chemical and microbial level, the key contribution of manure co-digestion with cocoa seems to be the provision of buffering capacity. (C) 2021 Elsevier Ltd. All rights reserved

Cocoa residues as viable biomass for renewable energy production through anaerobic digestion

The aim of this work was to evaluate the bioenergy potential of cocoa residue via anaerobic digestion. Batch and fed-batch lab-scale reactors were operated under low and high solids conditions. In the batch tests, 59 +/- 4% of Chemical Oxygen Demand (COD) was recovered as methane. This corresponded with an average methane yield of 174 (wet) and 193 (dry) L kg(-1) volatile solids fed, whereas a series of fed-batch reactors produced 70 +/- 24 (wet) and 107 +/- 39 (dry) L CH4 kg(-1) volatile solids fed during stable conditions. A case study was developed for canton Balao (Ecuador) based on our experimental data, operational estimates and available cocoa waste in the area. Annually, 8341 MWh could be produced, meeting 88% of the current electricity demand in Balao. This case study proves the potential for cocoa waste as a source of renewable energy in rural areas