Optimization of process parameters for enhanced methane production from banana peduncle by thermal pretreatment

authored by

Pious Michealammal Benish Rose, Velusamy Mozhiarasi, V. Nagabalji, Dirk Weichgrebe, Shanmugham Venkatachalam Srinivasan

Abstract

Die anaerobe Vergärung von lignozellulosehaltiger Biomasse, wie z. B. landwirtschaftlichen Rückständen, hat aufgrund ihres reichlichen Vorkommens in ländlichen Gebieten an Interesse gewonnen. Die anaerobe Vergärung solcher Biomasse erfordert jedoch eine Vorbehandlung, um ihre Verdaulichkeit zu erhöhen. Die Auswirkung von thermischen, alkalischen und Extrusionsvorbehandlungen auf das Biomethanpotenzial (BMP) des lignozellulosereichen Bananenstiels wurde mit einem automatisierten Methanpotenzialprüfsystem (AMPTS II) untersucht. Der rohe Bananenstiel wurde charakterisiert, und es wurde festgestellt, dass der Zellulose-, Hemizellulose- und Ligningehalt 53,44, 19,83 bzw. 14,25% betrug. Die BMP des geschredderten Bananenstiels wurde mit einem AMPTS geschätzt und betrug 184,32 mLN/g zugesetzter flüchtiger Feststoffe (VS). Zur weiteren Steigerung der Methanausbeute wurde der Bananenstiel einer Bioextrusions-, Alkali- und thermischen Vorbehandlung unterzogen. Der thermisch vorbehandelte Bananenstiel wies eine maximale BMP von 377,60 mLN/g VS auf, verglichen mit der BMP des alkalischen und des extrudierten Bananenstiels (298,9 bzw. 248,02 mLN/g VS). Rasterelektronenmikroskopische Bilder (SEM) zeigten die dekonstruierte Zellulosestruktur aller vorbehandelten Proben. Da die thermische Vorbehandlung wirksam war, wurde eine weitere Optimierung der Vorbehandlungsparameter mit Hilfe der Response Surface Methodology (RSM) durchgeführt, wobei Temperatur und Zeit als unabhängige Variablen und BMP als Reaktion dienten. Basierend auf den Experimenten ergab die thermische Vorbehandlung von Bananenstängeln bei 120 °C für 35 Minuten den maximalen BMP von 532 mLN/g zugegebenem VS. Zur Untersuchung der Kinetik des Methanpotenzials wurden kinetische Modelle erster Ordnung, modifizierte Gompertz-Modelle und logistische Modelle verwendet. Das modifizierte Gompertz-Modell erwies sich als das am besten geeignete Modell für die Modellierung der Methanproduktionskinetik.

Organisation(s)

Institute of Sanitary Engineering and Waste Management

External Organisation(s)

Academy of Scientific and Innovative Research (AcSIR)
Central Leather Research Institute

Type

Article

Journal

BIOMASS CONVERSION AND BIOREFINERY

Volume

13

Pages

15251-15265

No. of pages

15

ISSN

2190-6815

Publication date

11.2023

Publication status

Published

Peer reviewed

Yes

ASJC Scopus subject areas

Environmental Science(all)

Sustainable Development Goals

SDG 11 - Sustainable Cities and Communities, SDG 13 - Climate Action, SDG 7 - Affordable and Clean Energy, SDG 12 - Responsible Consumption and Production

Electronic version(s)

https://doi.org/10.1007/s13399-022-02917-z (Access: Closed)
https://doi.org/10.1007/s13399-023-05132-6 (Access: Open)