Abstract:
CONDITION FOR PROJECT PUBLICATION. Circular economy and bioeconomy converge to valorize biological waste within the framework of ecological transition, promoting its transformation into biobased products and biofuels. In this study, granular-activated carbon (GAC) in two mesh sizes (4×8 and 8×20), powdered-activated carbon (PAC), and natural mordenite-type zeolite (MZ) were tested as additives during the mesophilic anaerobic digestion of banana peel and pulp agro-wastes. Automated biomethane potential assays, kinetic modeling, and 16S rRNA sequencing were performed to evaluate the impact of the additives on biogas production and microbial community structure. Results showed that MZ and GAC_4×8 enhanced the biogas yield by 25% for banana pulp, reaching 669.5 and 662.3 mL gTVS⁻¹, respectively. For banana peel, maximum yields of 541.4 and 540.2 mL gTVS⁻¹ were achieved with MZ and GAC_4×8, representing an increase of 16% over the control reactor. PAC and GAC_8×20 did not result in significant improvements. The highest biogas production rates were observed with GAC_4×8, reaching 54.4 mL gTVS⁻¹·h⁻¹ for pulp and 60.9 mL gTVS⁻¹·h⁻¹ for peel. Microbial analysis revealed a core fermentative phylum composition for all reactors, particularly Proteobacteria, Chloroflexi, and Euryarchaeota. MZ promoted the relative abundance of hydrogenotrophic methanogens (Methanothermobacter, Methanospirilum) and amino acid-degrading bacteria (Syntrophorhabdus). GAC_4×8 selectively enriched direct interspecies electron transfer (DIET) related taxa such as Methanothrix and Syntrophomonas. These results highlight the relevance of additive type in enhancing the efficiency of anaerobic digestion for agricultural waste.
Keywords: Biogas, Anaerobic digestion, Biomethane Potential, 16S rRNA analysis
Description:
CONDICIONAMIENTO DE PUBLICACION DE PROYECTO. En el marco de la transición ecológica, la economía circular y la bioeconomía convergen en estrategias orientadas a la valorización de residuos biológicos, promoviendo su transformación en productos biobasados y biocombustibles. En este estudio, se evaluó el efecto de aditivos durante la digestión anaerobia mesofílica de residuos de pulpa y cáscara de banano, empleando: carbón activado granular (CAG) en dos tamaños de malla (4×8 y 8×20), carbón activado en polvo (CAP) y zeolita natural tipo mordenita (ZM). Se realizaron ensayos automatizados de potencial bioquímico de metano, modelado cinético y secuenciación del gen 16S rRNA para estudiar la producción de biogás y la estructura microbiana. Los resultados mostraron que ZM y CAG_4×8 aumentaron el rendimiento de biogás en un 25% para la pulpa de banano, alcanzando 669.5 y 662.3 mL gSVT⁻¹, respectivamente. Para la cáscara, se obtuvieron rendimientos máximos de 541.4 y 540.2 mL gSVT⁻¹ con ZM y CAG_4×8, lo que representó un incremento del 16% respecto al reactor de control. CAP y CAG_8×20 no generaron mejoras significativas. Las mayores tasas de producción de biogás se obtuvieron con CAG_4×8, alcanzando 54.4 (pulpa) y 60.9 (cáscara) mL gSVT⁻¹·h⁻¹. El análisis microbiano reveló una composición filogenética común entre los reactores, dominada por Proteobacteria, Chloroflexi y Euryarchaeota. ZM promovió metanógenos hidrogenotróficos (Methanothermobacter, Methanospirillum) y bacterias degradadoras de aminoácidos (Syntrophorhabdus). CAG_4×8 enriqueció selectivamente taxones asociados con la transferencia directa de electrones (DIET), como Methanothrix y Syntrophomonas. Estos resultados destacan la relevancia del tipo de aditivo en la mejora de la eficiencia de la digestión anaerobia de residuos agrícolas.