El projecte “Nanomaterials per a la millora de la digestió anaeròbia: incrementant el contingut en metà i convertint diòxid de carboni a metanol – SQUEEZER – TED2021-130407B-100 ” subvencionat en la convocatòria 2021 –Proyectos estratégicos orientados transición ecológica y transición digital 2021 Digital del Ministerio de Ciencia e Innovación, uneix dos mons aparentment desconnectats, el del tractament de residus mitjançant processos biològics i el de la nanotecnologia. La hipòtesi del projecte SQUEEZER és que és possible millorar el procés de digestió anaeròbia des d’una perspectiva global: i) augmentant el contingut de metà del biogàs mitjançant l’addició de nanomaterials al digestor anaeròbi i ii) convertint part del diòxid de carboni present en el biogàs a metanol mitjançant catàlisi amb nanomaterials.
L’efecte de les nanopartícules metàl·liques sobre la digestió anaeròbia s’està estudiant des de fa uns anys en diferents grups de recerca. Concretament, el nostre grup de recerca (paral·lelament a un altre grup de recerca) va informar per primera vegada el 2014 d’una millora del procés de digestió anaeròbia de residus orgànics mitjançant l’addició de nanopartícules d’òxid de ferro. Des de llavors, s’han utilitzat diferents tipus de nanomaterials per millorar el procés de digestió anaeròbia. A més de les nanopartícules basades en ferro, altres també han reportat efectes positius, com ara nanopartícules basades en cobalt, òxid de titani, òxid de molibdè o níquel. Com s’ha comentat, a més d’augmentar la producció de biogàs o el seu contingut en metà, el procés global de digestió anaeròbia també es pot millorar mitjançant la conversió de diòxid de carboni del biogàs en metanol. El metanol té característiques similars a l’hidrogen, però és líquid en condicions normals, per la qual cosa és una bona alternativa. La gestió del metanol és anàloga als combustibles líquids tradicionals com la gasolina i es pot utilitzar com a font d’energia per al transport o com a molècula de plataforma per produir compostos de valor afegit. La conversió de diòxid de carboni a metanol és coneguda, però es realitza en condicions d’elevada temperatura i pressió. L’objectiu del projecte SQUEEZER és aconseguir aquesta conversió a temperatures i pressions més baixes mitjançant l’ús de nanomaterials.
Principals resultats en la millora del procés biològic de la de digestió anaeròbia
En procés en discontinu a escala de 250 mL s’ha obtingut els resultats següents per a la digestió anaerobia de fangs d’EDAR com a substrat:
| Nanopartícula | Procés | Millora |
| nVZI en suspensió | Discontinu | 16% en el contingut de CH4, producció de metà de fins el 150% del control sense nZVI |
| nZVI@Quitosan | Discontinu | Cap millora significativa |
| Níquel | Discontinu | No es detecta cap millora |
| Cobalt | Discontinu | No es detecta cap millora |
| Quitosan | Discontinu | Cap millora significativa |
| Ni@Quitosan | Discontinu | Cap millora significativa |
| Co@Quitosan | Discontinu | Cap millora significativa |
| nZVi liofilitzades | Discontinu | Cap millora significativa |
Estudiant l’efecte sobre la digestió anaeròbia de fracció orgànica de residus municipala, no s’ha onbservat millores destacables-
Pels estudis en continu, amb fangs d’EDAR, s’ha utilitzar un digestor BioReactor Simulator (BRS) system, BPC Instruments.
Dels 6 digestors de 2L, dos d’ells s’han mantingut sempre com a controls, i els altres 4 s’han tractat amb nanopartícules a diferents concentracions i modes de dosificació. Els resultats obtinguts en assajos en semi- continu mostren que no hi ha diferència estadística entre l’addició setmanal o diària (mateixa quantitat total). Durant els experiments realitzats s’ha detectat una influència important de la càrrega orgànica d’operació sobre l’efecte de les nZVI, de manera que la concentració de metà en el biogàs augmenta en baixar la càrrega orgànica i en augmentar la concentració de nZVI (1 g/L nZVI, 0.8 g SV/ L dia). En canvi, la producció de biogues i de metà augmenten en augmentar la càrrega orgànica, obtenint-se els millors resultats a càrregues de 1.6 g SV/ L dia i 0.3 o 0.7 g de nZVI/L, amb valors d’increment del 3.7% en la producció de biogàs i de 7.8% en la producció de metà.
A banda dels experiments a 2L, s’ha dut a terme un estudi en un digestor anaerobi de 100L, obtenint-se resultats similars als obtinguts en els digestors de 2L.
Principals resultats en la conversió de diòxid de carboni a metanol
Els resultats principals obtinguts del procés de catàlisi química de CO2 a metanol es mostren a la taula següent:
| Nanomaterial | Resultats |
| CuO/ZnO/Al2O3@chitosan | productivitats de 92,44 mg de Metanol/g catalitzador h, amb una selectivitat superior al 90% a una temperatura de 260°C y una pressió 10 bar (+) |
| CuZnO | productivitats de 14,4 mg de Metanol/g catalitzador h, amb una selectivitat del 76% a una temperatura de 260°C y una pressió 10 bar |
| CuZnOCeO2 | productivitats de 15,1 mg de Metanol/g catalitzador h, amb una selectivitat del 71% a una temperatura de 260°C y una pressió 10 bar |
| CuZnOCeO2@Ce-MOF | productivitats de 21,3 mg de Metanol/g catalitzador h, amb una selectivitat del 52% a una temperatura de 260°C y una pressió 10 bar |
| CuZnOCeO2@MOF-5 | productivitats de 23,3 mg de Metanol/g catalitzador h, amb una selectivitat del 79% a una temperatura de 260°C y una pressió 10 bar |
| CuZnOCeO2@ZIF-8C | productivitats de 15,9 mg de Metanol/g catalitzador h, amb una selectivitat del 61% a una temperatura de 260°C y una pressió 10 bar |
| Ce-MOF | productivitats de 0,7 mg de Metanol/g catalitzador h, amb una selectivitat del 90% a una temperatura de 260°C y una pressió 10 bar |
| MOF-5 | productivitats de 1,4 mg de Metanol/g catalitzador h, amb una selectivitat del 93% a una temperatura de 260°C y una pressió 10 bar |
| Cu/ZnO/Al2O3@biochar | productivitats de 496 mg de Metanol/g catalitzador h, amb una selectivitat del 71% a una temperatura de 260°C y una pressió 10 bar |
| Cu/ZnO/Al2O3@MGPN | productivitats de 145 mg de Metanol/g catalitzador h, amb una selectivitat del 98% a una temperatura de 260°C y una pressió 10 bar |
