Renewable Energy and Nutrient Valorization from Anaerobic Digestion : Resource-Efficient Solutions

• This thesis presents a comprehensive analysis aimed at understanding process performance, methane yield, and key influencing factors within the context of solid-state anaerobic digestion (SS-AD). SS-AD is used to treat organic material with high solids content, which can be challenging to address by alternative methods. The investigation involves modelling and simulation exploring mass and energy balances and the associated environmental implications. To achieve this, a waste management tool, ORganic WAste REsearch (ORWARE) was adapted and validated to suit the unique parameters of SS-AD operating under a plug-flow reactor configuration, representing a specific case study. The search of an optimal feedstock mix that enhances the digestion process and energy performance is highlighted. Findings suggest that feedstock selection significantly affects methane yield in SS-AD systems, and optimizing substrate mixtures can enhance process efficiency. Key considerations include biodegradability and lignocellulosic content. Operational parameters, such as temperature variations, impact the results from the model, while responsiveness of hydraulic retention time and organic loading rate remains limited. A further comparison between a liquid anaerobic digestion (L-AD) vs SS-AD is made, despite similar methane yields, SS-AD outperforms due to higher energy turnover. Additionally, effective management of digestate nutrients is crucial for its biofertilizer use. Beyond the biogas system, the thesis explores interconnected relationships between SS-AD inputs and outputs and their subsequent use as resources for a hydroponic greenhouse production system. The examination of system interconnections and their broader implications emphasizes the importance of comprehensive assessments when integrating biogas systems beyond their conventional applications.

• Denna avhandling presenterar en omfattande analys som syftar till att förstå processprestanda, metanutbyte, och viktiga påverkande faktorer inom ramen för torrötning. Torrötning används för att behandla organiskt material med hög torrhalt, vilket kan vara svårt att hantera med alternativa metoder. Undersökningen omfattar modellering och simulering för att utforska mass- och energibalanser och därmed sammanhängande miljökonsekvenser. För att uppnå detta anpassades och validerades ett verktyg för avfallshantering ORganic WAste REsearch (ORWARE) för att passa en torrötnings-anläggning med pluggflödereaktor, vilket representerar en specifik fallstudie. En optimal råvarublandning som förbättrar rötningsprocessen och energiprestanda lyfts fram. Resultaten tyder på att valet av råmaterial avsevärt påverkar metanutbytet i torrötnings-system, och att optimera substratblandningar kan förbättra processeffektiviteten. Viktiga överväganden inkluderar biologisk nedbrytbarhet och lignocellulosahalt. Driftsparametrar, såsom temperaturvariationer, påverkar torrötning, medan känsligheten för hydraulisk retentionstid och organisk belastningshastighet i den modifierade pluggflödereaktor-konfigurationen förblir begränsad. I en jämförelse mellan våtrötning och torrötning så har både teknikerna liknande metanutbyten, men torrötning överträffar på grund av förbättrad energibalans. Avhandlingen undersöker dessutom aspekter bortom biogassystemet. Den utforskar de sammankopplade förhållandena mellan torrötning-utgångar och deras efterföljande användning som resursinsatser för ett hydroponiskt växthusproduktionssystem. Utforskningen av systemsammankopplingar och deras bredare implikationer belyser vikten av omfattande bedömningar när man integrerar biogassystem utöver deras konventionella tillämpningar.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Naturresursteknik -- Annan naturresursteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Environmental Engineering -- Other Environmental Engineering (hsv//eng)

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Naturresursteknik -- Miljöledning (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Environmental Engineering -- Environmental Management (hsv//eng)

Nyckelord

Solid-state anaerobic digestion

methane yield

digestate

systems analysis

modelling

life cycle assessment

Torrötning

metanutbyte

biogödsel

systemanalys

modellering

livscykelanalys

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)