Hydrothermal gasification of digestate from anaerobic digestion: an experimental study to optimize gas yield and composition

As biomass is increasingly becoming an important source due to the commitment to using more renewable resources, new ways to treat it are being studied. Hydrothermal gasification is highly effective for wet biomass, such as biowaste. Coupling anaerobic digestate with hydrothermal gasification is a new way to exploit biowaste that would otherwise be discarded and difficult to use in other ways. In this process, the digestate can produce syngas, a liquid phase, potentially free from microplastics and heavy metals, and a solid phase. The aim of this thesis is to conduct an experimental campaign within the BioSyngas project, led by SINTEF. Specifically, two digestates of different origins and compositions are subjected to the hydrothermal gasification process in a continuous system at a constant temperature of 500°C and a constant pressure of 275 bar. This parametric study varies feedstock concentration and flow speed to examine the mass balance, gas phase performances, and cold gas efficiency. The mass balance indicates that the majority of the output is in the liquid phase, with the main gases produced being carbon dioxide, hydrogen, and methane. The results show how different parameters lead to varying outcomes for the different feedstocks. It is found that the low feedstock concentration (03%) does not incentivize the best performance, as the slurry is too diluted. Additionally, based on the complexity of the feedstock's composition, a slower or faster feed speed can be used to achieve optimal conditions. These findings encourage further research to determine the optimal trade-offs for each feedstock for future industrial applications.

La biomassa è una fonte energetica sempre più interessante, dato l'aumento dell'uso delle risorse rinnovabili. A questo proposito vengono studiati nuovi processi termo-chimici per il suo trattamento. La gassificazione idroterma è un processo molto efficace per trattare la biomassa umida, come i rifiuti organici. Accoppiare il digestato anaerobico alla gassificazione idroterma è un nuovo modo di sfruttare questo prodotto che altrimenti sarebbe di difficile utilizzo. Tramite gassificazione idroterma del digestato, vengono prodotti una fase gassosa, il syngas, una fase liquida, potenzialmente priva di microplastiche e metalli pesanti, e una fase solida. L'obiettivo di questa tesi è condurre una campagna sperimentale all'interno del progetto Biosyngas, guidato da SINTEF. In particolare, due digestati di origine e composizione diversi sono sottoposti al processo di gassificazione idroterma in un sistema continuo a una temperatura costante di 500°C e una pressione costante di 275 bar. All'interno dello studio parametrico vengono variate la concentrazione del feedstock e la velocità di flusso per esaminare il bilancio di massa, le performance della fase gassosa e la cold gas efficiency. Il bilancio di massa indica che la maggior parte del prodotto è in fase liquida, e che il syngas è composto principalmente da anidride carbonica, idrogeno e metano. I risultati mostrano come diversi parametri portino a esiti differenti per i vari feedstock. È emerso che la bassa concentrazione di feedstock usata (03%) non incentiva le migliori prestazioni, poiché il composto è troppo diluito. Inoltre, in base alla composizione più complessa del feedstock, può essere utilizzata una velocità di flusso più lenta o più veloce per raggiungere le condizioni più performanti. Questi risultati incoraggiano ulteriori ricerche per determinare i trade-off ottimali per ciascun feedstock per future applicazioni industriali.