Anaerobic Digestion of Residues from the Potato Chips Industry

Abstract

O elevado consumo mundial de energias não renováveis não só está a causar a mudança climática global, como também a disponibilidade já limitada destes recursos. Por conseguinte, precisam de ser substituídas por fontes de energia renováveis. A recuperação energética de resíduos orgânicos em plantas de biogás dá uma perspetiva de substituição do gás natural por bio metano. A produção de metano é o principal produto da digestão anaeróbia (AD) e pode ser utilizado como fonte de energia limpa e eficiente. A aposta numa abordagem de economia circular de valorização energética dos resíduos favorece a proteção da saúde humana e dos ecossistemas permitindo ainda suprimir gastos energéticos locais.A batata é uma das maiores culturas mundiais e cresce constantemente até agora como alimento de base. A indústria de processamento de batata representa uma atividade socioeconómica importante que gera quantidades significativas resíduos, nomeadamente casca de batata (PP), aparas de batata (OF), óleo vegetal desperdiçado (WCO) e elevados volumes de águas residuais (WW). Esta dissertação tem como objetivo delinear e avaliar uma estratégia de valorização energética destes resíduos para suprimir gastos energéticos on-site. Foram realizados testes a todos os resíduos de forma a avaliar o seu potencial bioquímico do metano (BMP). Estes testes executaram-se em reatores de 5 L com uma razão inóculo/substrato de 2.0 uma concentração de sólidos voláteis (VS) de 20.0 gVS/L e um volume de trabalho de 75%. Através destas condições foi possível obter 320 NmLCH4/gVS para PP, 379 NmLCH4/gVS para OF, 330 NmLCH4/gCOD para WW, 177 NmLCH4/gVS para SS e 63 NmLCH4/gVS para WCO. Após a bateria de testes, a possibilidade de valorização dos resíduos por codigestão foi avaliada. A mistura PP com OF e WCO revelou uma abordagem eficaz de gestão destes 3 resíduos com produção de 316 NmLCH4/gVS. Foi ainda estudado um reator descontínuo (batch) com sucessivas adições de substrato, demonstrando melhorias significativas de produtividade após as adições. No entanto, a idade das lamas são um fator importante na eficiência global do processo. A comparação da digestão anaeróbia com a fermentação alcoólica (EF) revelou maiores eficiências de conversão de PP e OF a biocombustível por AD. Este estudo demonstrou através de uma avaliação preliminar que os resíduos do processamento da batata podem ser explorados através de um processo de digestão anaeróbia, permitindo reduzir em quase 2% os custos energéticos locais de uma unidade industrial.

The high consumption of non-renewable energy in the world is not only causing global climate change, but also the already limited availability of these resources. Therefore, they need to be replaced by renewable energy sources. Energy recovery from organic waste in biogas plants gives a prospect of replacing natural gas with bio methane. Methane production is the main product of anaerobic digestion (AD) and can be used as a clean and efficient energy source. The focus on a circular economy approach to energy recovery from waste favors the protection of human health and ecosystems while allowing the mitigation of local energy costs.Potato is one of the main crops and is growing steadily as a primary food source. The potato processing industry represents an important socio-economic activity that generates significant quantities of waste, namely potato peelings (PP), offcuts (OF), waste cooking oil (WCO), and high volumes of wastewater (WW). This work aims to evaluate an energy recovery strategy for these residues to suppress on-site energy expenditure. Tests were carried out on all the wastes to evaluate their biochemical methane potential (BMP). These tests were performed in 5 L reactors with an inoculum/substrate ratio of 2.0, a volatile solids (VS) concentration of 20.0 gVS/L, and a working volume of 75%. Through these conditions, it was possible to obtain 320 NmLCH4/gVS for PP, 379 NmLCH4/gVS for OF, 330 NmLCH4/gCOD for WW, 177 NmLCH4/gVS for SS, and 63 NmLCH4/gVS for WCO. After the battery of tests, the possibility of waste recovery by co-digestion was evaluated. The mixture PP with OF and WCO showed an effective approach to managing these 3 wastes with the production of 316 NmLCH4/gVS. A batch reactor with successive additions of the substrate was also studied, showing significant improvements in productivity after additions. However, the age of the inoculum is an important factor in the overall efficiency of the process. Comparison of AD with alcoholic fermentation (EF) revealed higher conversion efficiencies for PP and OF to biofuel by AD. This work demonstrated that potato processing waste can be exploited through an anaerobic digestion process, and according to a preliminary analysis, allowing a reduction of local energy costs by almost 2%.