IN-SITU HYDROGEN BIOMETHANATION: OPTIMIZATION OF BIOMETHANE PRODUCTION AND CO₂ PURIFICATION OF BIOGAS

The article considers the possibilities of using in-situ technologies of biomethanation of hydrogen to optimize and increase the output of biomethane, as well as the biological purification of biogas from carbon dioxide. The key parameters and features of these technologies are described, such as hy...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2024
Main Authors:	Dombrovskiy , O. G., Traksler , I. S., Potapova , M. V.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2024
Subjects:	biomethane anaerobic digestion hydrogen biogas methanogenesis renewable energy hydrogen bio-methanation hydrogenotrophic methanogens carbon dioxide sustainable development.
Online Access:	https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/497
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Vidnovluvana energetika
Download file:

Institution

Vidnovluvana energetika

_version_	1871103848795340800
author	Dombrovskiy , O. G. Traksler , I. S. Potapova , M. V.
author_facet	Dombrovskiy , O. G. Traksler , I. S. Potapova , M. V.
author_institution_txt_mv	[ { "author": "O. G. Dombrovskiy ", "institution": "PrJSC \"MHP Eco Energy\", Kyiv, Ukraine" }, { "author": "I. S. Traksler ", "institution": "PrJSC \"MHP Eco Energy\", Kyiv, Ukraine , Institute of Technical Thermophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine" }, { "author": "M. V. Potapova ", "institution": "PrJSC \"MHP Eco Energy\", Kyiv, Ukraine" } ]
author_sort	Dombrovskiy , O. G.
baseUrl_str	https://ve.org.ua/index.php/journal/oai
collection	OJS
datestamp_date	2026-07-18T06:32:21Z
description	The article considers the possibilities of using in-situ technologies of biomethanation of hydrogen to optimize and increase the output of biomethane, as well as the biological purification of biogas from carbon dioxide. The key parameters and features of these technologies are described, such as hydrogenotrophic methanogenesis, partial pressure of hydrogen, solubility of hydrogen, temperature and pH of the medium. It is shown that the use of hydrogenotrophic methanogenic archaea allows increasing the efficiency of biogas purification and reducing the energy and chemical costs of the process. The article is devoted to the analysis of prospects for the development of in-situ technologies to improve the quality of biogas, ensuring sustainable development and compliance with EU energy goals.
doi_str_mv	10.36296/1819-8058.2024.4(79).140-144
first_indexed	2025-07-17T11:39:47Z
format	Article
fulltext	140 Відновлювана енергетика. №3/2024 \| Біоенергетика УДК 628.47:575.1 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.4(79)140-144 БІОМЕТАНУВАННЯ ВОДНЮ IN-SITU: ОПТИМІЗАЦІЯ ВИРОБНИЦТВА БІОМЕТАНУ ТА ОЧИЩЕННЯ БІОГАЗУ ВІД CO₂ Отримано 08 лист. 2024 р.; рекомендовано до публікації 27 лист. 2024 р. Доступно онлайн 11 груд. 2024 р. Домбровський О. Г.1, Тракслер І. С.2 Потапова М. В.3 Автор для кореспонденції: Тракслер Іван, e-mail: traksler@ukr.net У статті розглянуто можливості застосування технологій біометанування водню in-situ для оптимізації та збільшення виходу біометану, а також біологічного очищення біогазу від вуглекислого газу. Описано ключові параметри та особ- ливості цих технологій, як-от гідрогенотрофний метаноге- нез, парціальний тиск водню, розчинність водню, температура та рН середовища. Показано, що вико- ристання гідрогенотрофних метаногенних архей дозволяє підвищити ефективність очищення біогазу та зменшити енергетичні та хімічні витрати процесу. Стаття присвячена аналізу перспектив розви- тку технологій in-situ для підвищення якості біогазу, з метою забезпечення сталого розвитоку та від- повідності енергетичним цілям ЄС. Ключові слова: біометан, анаеробне зброджування, водень, біогаз, метаногенез, відновлювана енергія, біометанізація водню, гідрогенотрофні метаногени, вуглекислий газ, сталий розвиток.. IN-SITU HYDROGEN BIOMETHANATION: OPTIMIZATION OF BIOMETHANE PRODUCTION AND CO₂ PURIFICATION OF BIOGAS Received Nov. 08, 2024; accepted Nov. 27, 2024 Available online Dec. 11, 2024 Dombrovskiy O. G.¹, Traksler I. S.², Potapova M. V.³ Author for correspondence: Chetveryk Hennadiy, e-mail: e-mail: traksler@ukr.net The article considers the possibilities of using in-situ technolo- gies of biomethanation of hydrogen to optimize and increase the output of biomethane, as well as the biological purification of biogas from carbon dioxide. The key parameters and features of these technologies are described, such as hydrogenotrophic methanogenesis, partial pressure of hydrogen, sol- ubility of hydrogen, temperature and pH of the medium. It is shown that the use of hydrogenotrophic methano- genic archaea allows increasing the efficiency of biogas purification and reducing the energy and chemical costs of the process. The article is devoted to the analysis of prospects for the development of in-situ technologies to improve the quality of biogas, ensuring sustainable development and compliance with EU energy goals. Keywords: biomethane, anaerobic digestion, hydrogen, biogas, methanogenesis, renewable energy, hydrogen bi- omethanation, hydrogenotrophic methanogens, carbon dioxide, sustainable development. 1 канд. екон. наук 2 канд. техн. наук http://orcid.org/0009-0006-6485-3514 3 канд. техн. наук https://orcid.org/0000-0001-9398-1968 1, 2, 3 ПрАТ «МХП Еко Енерджи», Київ Україна 2 Інститут технічної теплофізики Національної академії наук України», Київ Україна 1 PhD in Economics 2 PhD in Technical Sciences http://orcid.org/0009-0006-6485-3514 3 PhD in Technical Sciences https://orcid.org/0000-0001-9689-3912 1, 2, 3 PrJSC "MHP Eco Energy", Kyiv, Ukraine 2 Institute of Technical Thermophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine 141 Відновлювана енергетика. №3/2024 \| Біоенергетика Переробка органічних відходів та енергетичних культур методом анаеробного зброджування є важливою тех- нологією, яка сприяє виробництву відновлюваного біо- газу для подальшого використання в енергетичних сис- темах. Цей процес не лише допомагає зменшити кіль- кість відходів, але й забезпечує екологічно чисте дже- рело енергії, що відповідає сучасним вимогам до ста- лого розвитку [1]. Біогаз, який утворюється внаслідок цього процесу, складається з метану (40–75 %) та вугле- кислого газу (15–60 %), а також інших домішок, як-от вода, азот, аміак, кисень, чадний газ та силоксани. Для використання біогазу як палива або для впорскування в енергомережу необхідно видалити шкідливі домішки та підвищити його калорійність, включно з видаленням інертних газів, зокрема CO2 [2, 3]. Фізико-хімічне видалення надлишкового вуглекислого газу з біогазу підвищує його калорійність, що дозволяє використовувати його в енергетичних мережах. Додат- кове використання цього відокремленого вуглекислого газу для біологічного перетворення на метан стало пер- спективним напрямом останніми роками [1]. Відновлювані джерела енергії набувають все більшого значення, і зусилля з удосконалення технологій дедалі зростають. Відповідно до цілей ЄС, до 2030 року 42 % всієї енергії має надходити з відновлюваних джерел, а 14 % енергії у транспорті повинно походити з них, зок- рема 3,5 % — з біопалива та біогазу. Крім того, ЄС планує щорічно виробляти 35 млрд кубометрів біометану, що зможе замінити до 20 % імпортованого раніше природ- ного газу та сприятиме енергетичній незалежності [3]. Біологічні методи очищення біогазу є перспективною альтернативою фізико-хімічним методам, оскільки вони потребують менше енергії та хімікатів. Використання мік- робних консорціумів дає змогу значно знизити витрати та підвищити ефективність очищення біогазу [4]. Особливу увагу слід приділити методам біометанування водню in-situ, які використовують гідрогенотрофні мета- ногенні археї для перетворення CO2 на метан. Ці техно- логії можуть значно підвищити ефективність і стійкість процесів очищення біогазу, забезпечуючи виробництво біометану високої якості з мінімальними енергетич- ними та хімічними витратами [3]. На відміну від in-situ, де біометанування відбувається безпосередньо в реакторі біогазової установки, метод ex-situ потребує окремого реактора для проведення ре- акції водню з CO₂, що збільшує обсяг обладнання та ене- рговитрати. Крім того, підхід ex-situ вимагає додаткових заходів для підтримання стабільних умов для метано- генних архей. Застосування технологій in-situ передбачає додавання водню (H2), анаеробне зброджування за високого тиску (HPAD), біоелектрохімічні системи (BES) та додавання іне- ртних речовин (наприклад, зола, біочар, порошок заліза). За останнє десятиліття технології in-situ привернули зна- чну увагу. Ймовірно, це пов'язано з їхніми унікальними перевагами, зокрема набагато меншим вуглецевим слі- дом, оскільки CO2 захоплюється і перетворюється на нові продукти. Технології біометанування водню in-situ здатні підви- щити вміст метану (CH₄) у біогазі на 10–20 % (залежно від умов процесу), що робить кінцевий продукт придат- нішим для використання в енергетичних системах. Та- кий підхід дозволяє досягти високої якості біометану без значних енергетичних витрат, характерних для фі- зико-хімічних методів очищення. Технологія біометану- вання водню in-situ – економічно ефективне рішення порівняно з фізико-хімічними методами очищення за рахунок зниження експлуатаційних витрат на 15–25 %. Процес біометанування водню сприяє зниженню вики- дів CO₂ на 20–30 % [5]. Ця стаття присвячена огляду ключових переваг, парамет- рів та особливостей технологій біометанування водню in- situ, спрямованих на біологічне очищення біогазу від вуг- лекислого газу, шляхом додавання водню. Ці технології можуть стати ключовим елементом для забезпечення сталого розвитку та досягнення енергетичних цілей ЄС. Біохімія процесу зброджування Метаногенез є процесом, під час якого метаногени ви- користовують H2, CO2, форміат, ацетат та різноманітні метилвмісні сполуки для виробництва CH4 у безкисне- вих умовах. Залежно від типу субстрату метаногени за- звичай класифікують на три групи: гідрогенотрофні ме- таногени, ацетокластичні метаногени та метилотрофні метаногени (таблиця) [6]. Таблиця. Класифікація метаногенів Table. Classification of methanogens Метаногени Субстрат Реакції Типові представники Гідрогенотрофні H2 і CO2 Форміат Метанол 4H2+CO2→CH4+2H2O 4HCOOH→CH4+3CO2+2H2O 4CH3OH→3CH4+CO2+2H2O Methanobacterium bryantii Methanobacterium formicicum Methanobacterium thermoalcaliphium Methanothermobacter thermoautotrophicum Methanothermobacter wolfeii Methanobrevibacter smithii Methanobrevibacter ruminantium Methanococcoides methylutens 142 Відновлювана енергетика. №3/2024 \| Біоенергетика Метаногени Субстрат Реакції Типові представники Ацетокластичні Ацетат CH3COOH→CH4+CO2 Methanosaeta concilii (soehngenii) Methanosaeta thermophila Метилотрофні Триметиламін Диметилсульфат Метильовані етаноламіни 4(CH3)3N+6H2O→9CH4+3CO2+4NH3 2(CH3)2NH+2H2O→3CH4+CO2+2NH3 4(CH3)NH2+2H2O→3CH4+CO2+4NH3 2(CH3)2S+2H2O→3CH4+CO2+H2S Methanosarcina barkeri Methanosarcina mazei Methanosarcina thermophile Основними двома шляхами метаногенезу є ацетоклас- тичний та гідрогенотрофний. Останній є термодинамі- чно вигіднішим і стабільнішим [7]. Тому далі в статті де- тально розглянемо механізми, основні параметри та виклики біометанування прямим інжектуванням водню до анаеробного реактора. Пряме введення водню до анаеробного реактора є од- нією з найпоширеніших методик для покращення якості біогазу in-situ за рахунок інтенсифікації гідрогенотроф- ного метаногенезу. Для забезпечення стабільності процесу, водень, що подається в ферментери, отриму- ють за рахунок електроенергії, виробленої від сонячної або вітрової генерації. На рисунку наведено теоретичні основи процесу зброджування органічних субстратів, представлені різні способи збагачення біогазу in-situ, зокрема й спосіб інжектування водню безпосередньо в біогазовий реактор. Так, показано, що реакція гідроге- нотрофного метаногенезу водню з вуглекислим газом приводить до утворення метану, що пояснює механізм підвищення вмісту метану в біогазі [8]. Рисунок. Теоретичні основи процесу метанового зброджування і технологій очищення біогазу in-situ. Figure. Theoretical foundations of the methane fermentation process and in-situ biogas purification technologies. Виконаємо аналіз впливу ключових параметрів таких як парціальний тиск водню, розчинність водню, темпера- тура та рН середовища для технологій біометанування водню in-situ. Гідрогенотрофні метаногени відіграють ключову роль у виробництві біометану з водню та вуглекислого газу, ви- користовуючи водень для відновлення CO2 за реакцією Сабатьє (1). 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O ΔG = −165kJ/mol-1 (1) Для цього необхідно 4 молі H2 на 1 моль CO2. Проте сте- хіометричне співвідношення H2:CO2 = 4:1 може вияви- тися недостатнім для повного перетворення CO2 на біометан. Інокулят може містити бікарбонати, які спо- живають частину водню, призначеного для відновлення CO2, а також органічні залишки, що спричиняють додат- кове утворення CO2 [9]. Пряма подача водню в анаеробний ферментер, як ме- тод перетворення біогазу, має два основних обмеження процесу – біологічне та фізико-хімічне [10]. 1. Парціальний тиск водню Введення додаткового водню до реактора може спри- чинити інгібування метаболізму масляної та пропіоно- вої кислот синтрофними ацетогенами за рахунок збіль- шення парціального тиску водню. Це своєю чергою 143 Відновлювана енергетика. №3/2024 \| Біоенергетика може призвести до зниження ефективності розкладан- ня складних субстратів [10]. Н2 є проміжним продуктом під час анаеробного збро- джування, парціальний тиск якого в основному впливає на стадію ацетогенезу [12]. Під час ацетогенезу леткі жи- рні кислоти (ЛЖК), які утворилися на стадії гідролізу та ацидогенезу, перетворюються на ацетат, H2 і CO2. Цей етап здійснюється синтрофними мікроорганізмами, які термодинамічно обмежені парціальним тиском H2, який необхідно підтримувати нижче 10-4 атм, щоб де- градація ЛЖК та метаногенез були можливими. Вищий парціальний тиск H2 призводить до накопичення ЛЖК у середовищі, що додатково пригнічує метаногенні попу- ляції архей [11]. Тобто додавання водню до біогазового реактора може спричинити проблеми через підвищення парціального тиску водню (PH2) у біогазовому реакторі, що теоретично може призвести до інгібування розкладання ЛЖК (про- піонату та бутирату) і, отже, потенційного порушення процесу або його зупинки [12]. Але підвищений парціальний тиск водню стимулює го- моацетогенез (2). 4H2 + 2CO2 → CH3COOH + 2H2O (2) У звичайному анаеробному реакторі лише 2–5 % водню витрачається на гомоацетогенез. Натомість коли дода- ється екзогенний водень, до 40 % водню може спожи- ватися шляхом Вуда – Люнгдала (гомоацетогенез) (2), що значно сприяє утворенню ацетату та подальшому утворенню ацетокластичного метану (3) [1]. CH3COOH → CH4 + CO2 (3) Тобто в системах in-situ, крім додаткового метану, який утворюється в разі використання введеного ззовні во- дню та наявного в системі СО2, за реакцією Сабать’є, може стимулюватися також додактовий механізм утво- рення метану за рахунок збільшення концентрації та ак- тивності гомоацетогенних і синтрофних бактерій. 2. Розчинність водню При дозуванні водню до анаеробного реактора важли- вим фактором є його розчинність в рідині. Це одне з ву- зьких місць метанізації in-situ. Коефіцієнт розчинності 0,7 ммоль H2 л−1 бар−1, водень погано розчиняється у воді, з розчинністю у 24 рази менше, ніж у вуглекислого газу при 55 °C. Збільшення вмісту розчиненого водню впливає на мік- роорганізми, які використовують водень у своєму мета- болічному шляху [1]. Для вирішення проблеми розчинення водню в рідкому середовищі реактора в лабораторних дослідженнях ви- вчають та використовують різні методи: • висока в’язкість середовища, що збільшує час перебу- вання газу та дає змогу вловлювати наддрібні бульба- шки, полегшуючи масоперенесення газу в рідину; • різні типи газових дифузорів з різним розміром пор; • введення суміші газів до реактора під тиском ≥ 2 бар; • підбір швидкості подачі, режиму рециркуляції та часу утримання газової суміші в реакторі; • додаткове перемішування газом [13]. Важливим фактором для розчинності водню в робо- чому середовищі є температура. Різні джерела показу- ють, що найоптимальнішою температурою для розчи- нення водню в мезофільному режимі роботи для технології біометанізації in-situ є 40 ± 2 ℃ [1, 14]. 3. Температура середовища в реакторі Температура зброджування в анаеробних реакторах є вирішальним фактором при формуванні структури мікро- бного співтовариства і, відповідно, шляху утилізації H2. У дослідженні [15] порівнювали шляхи споживання ек- зогенного водню, залежно від температури процесу (мезофільний – 35 ℃, термофільний – 55 ℃). У мезофі- льному реакторі доданий Н2 споживався непрямим шляхом за рахунок поєднання гомоацетогенного і стро- гого ацетокластичного метаногенезу. В термофільному ж реакторі –– прямим шляхом за допомогою строгого гі- дрогенотрофного і факультативного ацетокластичного метаногенезу. Cинтрофні ацетатокислювальні бактерії виявлено пере- важно в термофільному реакторі. Ці бактерії можуть окиснювати ацетат для отримання Н2/CO2 (4) лише тоді, коли їхні продукти згодом утилізуються метаногенами, що поглинають водень. СН3СН2ОН + Н2О ↔ СН3СООН + 2Н2 (4) За результатами цього дослідження було зроблено ви- сновок, що в промисловому застосуванні для мезофіль- ного режиму біометанування in situ рекомендоване співвідношення H2/CO2 4:1, для термофільного – 1:1. У дослідженні [3] використовували два температурних режими: 37 ± 1 ℃ та 55 ± 1 ℃ під час біометанізації in situ. Тут реактори інокулювали спеціальними мезофіль- ними та термофільними штамами гідрогенотрофних ме- таногенів. За результатами дослідження виявлено, що кращі та стабільніші характеристики біометанізації було одержано в мезофільних умовах. Натомість у термофі- льних умовах не спостерігалось ефективного перетво- рення H2, що призводило до тривалого інгібування про- цесу. Отже, для точного налаштування процесу біометанування, з урахуванням робочих параметрів, не- обхідні глибокі знання мікробіоти. 4. рН середовища в реакторі Також одною із серйозних проблем біологічного про- цесу in situ є підвищення рН, що спричиняється втратою бікарбонату, який функціонує як буфер. Бікарбонат є ро- зчиненою формою СО2 в рідкому середовищі (5), тому з появою надлишку водню гідрогенотрофні чи гомоаце- тогенні бактерії споживають його як субстрат для син- тезу метану чи оцтової кислоти відповідно [2, 6]. H2O + CO2 ↔ H+ + HCO3 - (5) У дослідженні [16] протягом експерименту спостерігалося значне підвищення рН від 7,10 ± 0,14 до 8,24 ± 0,10. Ці 144 Відновлювана енергетика. №3/2024 \| Біоенергетика результати не були несподіванкою, оскільки при біомоде- рнізації біогазу є проблема росту рН до рівня вище 8,5. Експериментально було виявлено, що рівень рН впли- ває на шлях біоконверсії водню. Лужний pH сприяє пе- ретворенню H2 і CO2 на ацетат гомоацетогенами, а не на CH4 – гідрогетрофними метаногенами. Ідеальний рівень рН для анаеробного зброджування ко- ливається від 6,6 до 7,8, тому методами вирішення ро- сту рН є використання в рецептурі кислих відходів, або контроль рН за допомогою хімікатів [6]. Висновок У статті розглянуто перспективні технології біометану- вання водню in-situ для біологічного очищення біогазу від вуглекислого газу. Встановлено, що використання гі- дрогенотрофних метаногенних архей для перетворення CO₂ на метан має суттєві переваги порівняно з фізико- хімічними методами очищення біогазу. Дослідження показують, що пряме введення водню в анаеробні реа- ктори дозволяє підвищити вміст метану в біогазі на 10– 20 %, що покращує його енергетичну цінність. Крім того, цей процес сприяє зниженню викидів CO₂ на 20–30 %, що робить технологію екологічно безпечнішою. Окрім екологічної вигоди, зниження експлуатаційних витрат на 15–25 % порівняно з фізико-хімічними методами ро- бить біометанування in-situ економічно ефективним рі- шенням. Технології біометанування водню in-situ стано- влять значний потенціал для досягнення цілей сталого розвитку, зменшення вуглецевого сліду та забезпе- чення стабільного біометанового потоку в секторі відно- влюваної енергетики. ПОСИЛАННЯ / REFERENCES 1. Voelklein, M., Rusmanis, D., & Murphy, J. (2018). Bio- logical methanation: Strategies for in-situ and ex-situ upgrading in anaerobic digestion. Applied Energy, 235, 1061–1071. https://doi.org/10.1016/j.apen- ergy.2018.11.006 2. Upadhyay, A., Kovalev, A. A., Zhuravleva, E. A., Kovalev, D. A., Litti, Y. V., Masakapalli, S. K., Pareek, N., & Viveka- nand, V. (2022). Recent development in physical, chem- ical, biological and hybrid biogas upgradation tech- niques. Sustainability, 15(1), 476. https://doi.org/10.3390/su15010476 3. Palù, M., Peprah, M., Tsapekos, P., Kougias, P., Campa- naro, S., Angelidaki, I., & Treu, L. (2022). In-situ biogas upgrading assisted by bioaugmentation with hydrogen- otrophic methanogens during mesophilic and thermo- philic co-digestion. Bioresource Technology, 348, 126754. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.126754 4. Antukh, T., Lee, I., Joo, S., & Kim, H. (2022). Hydrogen- otrophs-Based biological biogas upgrading Technolo- gies. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 10. https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.833482 5. Zhu, X., Chen, L., Chen, Y., Cao, Q., Liu, X., & Li, D. (2020). Effect of H2 addition on the microbial community struc- ture of a mesophilic anaerobic digestion system. Energy, 198, 117368. https://doi.org/10.1016/j.en- ergy.2020.117368 6. Fu, S., Angelidaki, I., & Zhang, Y. (2020). In situ Biogas Upgrading by CO2-to-CH4 Bioconversion. Trends in Bio- technology, 39(4), 336–347. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2020.08.006 7. Sravan, J. S., Sarkar, O., & Mohan, S. V. (2019). Electron- regulated flux towards biogas upgradation – triggering catabolism for an augmented methanogenic activity. Sustainable Energy & Fuels, 4(2), 700–712. https://doi.org/10.1039/c9se00604d 8. Zhang, L., Kuroki, A., & Tong, Y. W. (2020). A Mini-Re- view on In situ Biogas Upgrading Technologies via En- hanced Hydrogenotrophic Methanogenesis to Improve the Quality of Biogas From Anaerobic Digesters. Fron- tiers in Energy Research, 8. https://doi.org/10.3389/fenrg.2020.00069 9. Pokorna, D., Varga, Z., Andreides, D., & Zabranska, J. (2019). Adaptation of anaerobic culture to bioconver- sion of carbon dioxide with hydrogen to biomethane. Renewable Energy, 142, 167–172. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.04.076 10. Zabranska, J., & Pokorna, D. (2017). Bioconversion of carbon dioxide to methane using hydrogen and hy- drogenotrophic methanogens. Biotechnology Advan- ces, 36(3), 707–720. https://doi.org/10.1016/j.bio- techadv.2017.12.003 11. Braga, L., Trably, E., Santa-Catalina, G., Bernet, N., Delgenès, J., & Escudié, R. (2020). Biomethanation pro- cesses: new insights on the effect of a high H2 partial pressure on microbial communities. Biotechnology for Biofuels, 13(1). https://doi.org/10.1186/s13068-020- 01776-y 12. Luo, G., Johansson, S., Boe, K., Xie, L., Zhou, Q., & An- gelidaki, I. (2011). Simultaneous hydrogen utilization and in situ biogas upgrading in an anaerobic reactor. Bi- otechnology and Bioengineering, 109(4), 1088–1094. https://doi.org/10.1002/bit.24360 13. Baransi-Karkaby, K., Hassanin, M., Muhsein, S., Mas- salha, N., & Sabbah, I. (2020). Innovative ex-situ biolog- ical biogas upgrading using immobilized biomethana- tion bioreactor (IBBR). Water Science & Technology, 81(6), 1319–1328. https://doi.org/10.2166/wst.2020.234 14. Enriquez, F. A., & Ahring, B. K. (2023). Strategies to over- come mass transfer limitations of hydrogen during an- aerobic gaseous fermentations: A comprehensive re- view. Bioresource Technology, 377, 128948. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.128948 15. Zhu, X., Chen, L., Chen, Y., Cao, Q., Liu, X., & Li, D. (2019). Differences of methanogenesis between mesophilic and thermophilic in situ biogas-upgrading systems by hydrogen addition. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 46(11), 1569–1581. https://doi.org/10.1007/s10295-019-02219-w 16. Lembo, G., Rosa, S., Marone, A., & Signorini, A. (2023). In situ biogas upgrading in a randomly packed Gas- Stirred Tank reactor (GSTR). Energies, 16(7), 3296. https://doi.org/10.3390/en16073296 https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.11.006 https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.11.006 https://doi.org/10.3390/su15010476 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.126754 https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.833482 https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117368 https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117368 https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2020.08.006 https://doi.org/10.1039/c9se00604d https://doi.org/10.3389/fenrg.2020.00069 https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.04.076 https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2017.12.003 https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2017.12.003 https://doi.org/10.1186/s13068-020-01776-y https://doi.org/10.1186/s13068-020-01776-y https://doi.org/10.1002/bit.24360 https://doi.org/10.2166/wst.2020.234 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.128948 https://doi.org/10.1007/s10295-019-02219-w https://doi.org/10.3390/en16073296
id	veorgua-article-497
institution	Vidnovluvana energetika
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2026-07-19T01:14:43Z
publishDate	2024
publisher	Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
record_format	ojs
resource_txt_mv	veorgua/21/d57c6c9957e80ac85ec12e12e2bb7621.pdf
spelling	veorgua-article-4972026-07-18T06:32:21Z IN-SITU HYDROGEN BIOMETHANATION: OPTIMIZATION OF BIOMETHANE PRODUCTION AND CO₂ PURIFICATION OF BIOGAS БІОМЕТАНУВАННЯ ВОДНЮ IN-SITU: ОПТИМІЗАЦІЯ ВИРОБНИЦТВА БІОМЕТАНУ ТА ОЧИЩЕННЯ БІОГАЗУ ВІД CO₂ Dombrovskiy , O. G. Traksler , I. S. Potapova , M. V. biomethane, anaerobic digestion, hydrogen, biogas, methanogenesis, renewable energy, hydrogen bio-methanation, hydrogenotrophic methanogens, carbon dioxide, sustainable development. біометан, анаеробне зброджування, водень, біогаз, метаногенез, відновлювана енергія, біомета-нізація водню, гідрогенотрофні метаногени, вуглекислий газ, сталий розвиток. The article considers the possibilities of using in-situ technologies of biomethanation of hydrogen to optimize and increase the output of biomethane, as well as the biological purification of biogas from carbon dioxide. The key parameters and features of these technologies are described, such as hydrogenotrophic methanogenesis, partial pressure of hydrogen, solubility of hydrogen, temperature and pH of the medium. It is shown that the use of hydrogenotrophic methanogenic archaea allows increasing the efficiency of biogas purification and reducing the energy and chemical costs of the process. The article is devoted to the analysis of prospects for the development of in-situ technologies to improve the quality of biogas, ensuring sustainable development and compliance with EU energy goals. У статті розглянуто можливості застосування технологій біометанування водню in-situ для оптимізації та збільшення виходу біометану, а також біологічного очищення біогазу від вуглекислого газу. Описано ключові параметри та особливості цих технологій, як-от гідрогенотрофний метаногенез, парціальний тиск водню, розчинність водню, температура та рН середовища. Показано, що використання гідрогенотрофних метаногенних архей дозволяє підвищити ефективність очищення біогазу та зменшити енергетичні та хімічні витрати процесу. Стаття присвячена аналізу перспектив розвитку технологій in-situ для підвищення якості біогазу, з метою забезпечення сталого розвитоку та відповідності енергетичним цілям ЄС. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2024-12-10 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/497 10.36296/1819-8058.2024.4(79).140-144 Vidnovluvana energetika ; No. 4(79) (2024): Scientific and applied Journal renewable energy ; 140-144 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 4(79) (2024): Scientific and applied Journal renewable energy ; 140-144 Відновлювана енергетика; № 4(79) (2024): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 140-144 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2024.4(79) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/497/405 Copyright (c) 2024 O. G. Dombrovskiy , I. S. Traksler , M. V. Potapova https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0
spellingShingle	biomethane anaerobic digestion hydrogen biogas methanogenesis renewable energy hydrogen bio-methanation hydrogenotrophic methanogens carbon dioxide sustainable development. Dombrovskiy , O. G. Traksler , I. S. Potapova , M. V. IN-SITU HYDROGEN BIOMETHANATION: OPTIMIZATION OF BIOMETHANE PRODUCTION AND CO₂ PURIFICATION OF BIOGAS
title	IN-SITU HYDROGEN BIOMETHANATION: OPTIMIZATION OF BIOMETHANE PRODUCTION AND CO₂ PURIFICATION OF BIOGAS
title_alt	БІОМЕТАНУВАННЯ ВОДНЮ IN-SITU: ОПТИМІЗАЦІЯ ВИРОБНИЦТВА БІОМЕТАНУ ТА ОЧИЩЕННЯ БІОГАЗУ ВІД CO₂
title_full	IN-SITU HYDROGEN BIOMETHANATION: OPTIMIZATION OF BIOMETHANE PRODUCTION AND CO₂ PURIFICATION OF BIOGAS
title_fullStr	IN-SITU HYDROGEN BIOMETHANATION: OPTIMIZATION OF BIOMETHANE PRODUCTION AND CO₂ PURIFICATION OF BIOGAS
title_full_unstemmed	IN-SITU HYDROGEN BIOMETHANATION: OPTIMIZATION OF BIOMETHANE PRODUCTION AND CO₂ PURIFICATION OF BIOGAS
title_short	IN-SITU HYDROGEN BIOMETHANATION: OPTIMIZATION OF BIOMETHANE PRODUCTION AND CO₂ PURIFICATION OF BIOGAS
title_sort	in-situ hydrogen biomethanation: optimization of biomethane production and co₂ purification of biogas
topic	biomethane anaerobic digestion hydrogen biogas methanogenesis renewable energy hydrogen bio-methanation hydrogenotrophic methanogens carbon dioxide sustainable development.
topic_facet	biomethane anaerobic digestion hydrogen biogas methanogenesis renewable energy hydrogen bio-methanation hydrogenotrophic methanogens carbon dioxide sustainable development. біометан анаеробне зброджування водень біогаз метаногенез відновлювана енергія біомета-нізація водню гідрогенотрофні метаногени вуглекислий газ сталий розвиток.
url	https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/497
work_keys_str_mv	AT dombrovskiyog insituhydrogenbiomethanationoptimizationofbiomethaneproductionandco2purificationofbiogas AT traksleris insituhydrogenbiomethanationoptimizationofbiomethaneproductionandco2purificationofbiogas AT potapovamv insituhydrogenbiomethanationoptimizationofbiomethaneproductionandco2purificationofbiogas AT dombrovskiyog bíometanuvannâvodnûinsituoptimízacíâvirobnictvabíometanutaočiŝennâbíogazuvídco2 AT traksleris bíometanuvannâvodnûinsituoptimízacíâvirobnictvabíometanutaočiŝennâbíogazuvídco2 AT potapovamv bíometanuvannâvodnûinsituoptimízacíâvirobnictvabíometanutaočiŝennâbíogazuvídco2

IN-SITU HYDROGEN BIOMETHANATION: OPTIMIZATION OF BIOMETHANE PRODUCTION AND CO₂ PURIFICATION OF BIOGAS

Institution

Similar Items