预测生化甲烷潜力以产生更有效的沼气

在制造沼气时，制造商的目标是最大可能的甲烷含量，因为甲烷是沼气的可燃部分。然而，沼气的组成可以显着差异，因为沼气是通过从具有可变特性的底物的厌氧消化中获得的。潜在的底物包括有机污染的废水和生物废物以及可再生生物量。甲烷产量可以通过适当使用底物最大化。建立生化甲烷电位的快速，低成本的技术是制造商可以使用该工具有效地操作沼气植物的一种工具。

沼气：如何从废物中获得能量

沼气是一种吸引人的能源来源，因为它是从废物和可再生原材料中获取的。亚博网站下载它包括一种气体混合物，其中甲烷是能量产生的主要成分。底物的厌氧消化涉及四个步骤，以获取沼气¹：

甲烷形成过程

1. 复杂的底物化合物（碳水化合物，脂肪和蛋白质化合物）使用从细菌中分离出的酶将其水解水解为“构建块”。
2. 在酸化阶段，发酵细菌从步骤1开始消化“构建块”，然后将其分解成醇，氢，有机酸和CO₂。
3. 乙细菌将醇和有机酸转化为乙酸，氢和CO₂。
4. 甲烷基细菌代谢氢，乙酸和CO₂在厌氧条件下进入甲烷。

我的底物可以产生多少甲烷？

有效的甲烷发育需要沼气消化酯以及适当的底物的准确条件。为了确定哪些底物以哪个比例进入挖掘者，制造商可以使用生化甲烷电位（BMP）。BMP表明毫升甲烷的量是由一克挥发性固体的厌氧消化引起的。这是多少取决于底物的组成，因为将蛋白质，碳水化合物，纤维源等转化为一定量的甲烷。另一方面，木质素含量对甲烷的产生产生负面影响：随着该生物聚合物的浓度增加，BMP会减少，因为木质素本身以及由其引起的单宁聚合物对甲烷细菌有毒²。

长度测量持续时间：确定BMP的经典方法

确定生化甲烷电位的经典方法包括小规模的沼气消化：底物样品被注射厌氧菌细菌，并在25至50天的时间内在约35至37°C下孵育，直到没有更多的气体排放。测量气体及其甲烷含量的量，以确定每克挥发性固体产生的甲烷量。

BMP是给定底物创造甲烷效率的重要指标，但是由于平均测量时间为30天，因此在生化上测量BMP生化不适合过程优化。为了更快地获得结果，BMP的数学建模产生了一些成功。为此，已经检查了底物的蛋白质，碳水化合物和脂肪含量，总碳等的组成 - 已与生化建立的BMP进行了研究并相关。如果确定了底物的组成，则产生的数学模型使得可以估计BMP。但是，确定基本参数的过程需要大量时间，并带来额外的费用³。

用近红外光谱预测BMP

近红外光谱（NIRS）不能测量单个样品成分，而是记录有关分析样品的全面信息。为了定义光谱与BMP之间的关系，建立了一组样品的BMP生化并与样品光谱相连。这导致了预测模型。在有效验证一组样品之后，该模型可用于BMP预测。近红外光谱测定的主要好处是，可以在一分钟内完成测量，不需要试剂。

Flash BMP^®：快速BMP确定的综合预测模型

有很多文献解释了对各种基质的生化甲烷电位的NIR光谱预测的预测模型，例如草⁴，玉米⁵和市政废物⁶。但是，在使用底物混合物的情况下，这些模型不适合。要使用BMP评估混合物的共同消化，需要涵盖各种底物的模型。

目前，这种模型作为Flash BMP的一种形式存在^®。Flash BMP^®由Ondalys创建，该公司专注于数据分析，是爱荷华州立大学和法国国家科学技术研究所（IRSTEA）的衍生公司。亚博老虎机网登录

超过500种不同的底物构成了预测模型的基础，包括农业和绿色废物，液体肥料，肉类废物，能源作物和污水污泥。可以在图1中查看交叉验证的结果。该模型达到了与生化过程相当的可重复性。

图1。交叉验证表明，NIR和Flash BMP预测的值^®与生化确定的参考值匹配。VS代表挥发性固体。

沼气产量中的底物差异很大。由于Flash BMP^®;但是，可以通过近红外光谱法应用单个预测模型来建立生化甲烷电位。

沼气生产商的完整解决方案

Metrohm和Ondalys一起为快速的BMP确定提供了完整的包装。最简单的版本包括即可使用的预测模型Flash BMP^®来自Ondalys，NIRS DS2500分析仪及其操作软件视觉空气。借助该系统，生化甲烷电位的成本效益，迅速且最重要的是容易被预测。确定不需要试剂或化学品，并且系统以按钮的触摸提供结果。

图2。可以使用NIRS DS2500分析仪和Flash BMP在按钮时预测生化甲烷电位^®预测模型，可以立即使用。

Ondalys首席执行官Sylvie Roussel博士的三个问题

• 您通过NIR光谱法开发BMP分析的校准模型的动机是什么？

新的沼气植物在世界各地不断建造。他们中的大多数人以共同消化方式运行。为了充分利用不均匀的底物，需要进行BMP测量，但是湿化学方法是昂贵且耗时的。为了解决这个问题，许多私人和公共研究机构开始寻找新的测试。他们认为NIR是完美的技术。

• 是什么使NIR光谱成为BMP测定的理想技术？

NIR光谱法有助于在一个快速测量中确定BMP，同时与湿化学方法一样准确。简单的测量程序可大大减少实验室负担，并将分析时间从30天减少到闪光灯（因此名称flashbmp^®）。该方法是无损和快速的，因此可以扫描这些异质底物的更具代表性的样本。

• 沼气一直是一个有争议的主题，因为能源作物与粮食作物竞争资源和土地。如何克服这些问题？

在某些国家，有一些沼气植物仅从能源作物中产生甲烷。例如，在其他国家，法国，沼气植物被多种来源的废物喂食。这应该是世界各地的标准。顺便说一句，将废物用作底物增加了对BMP测试的需求，以优化植物的能量产量并避免任何主要的厌氧过程分解。没有工厂主管愿意处理六个月的生产重新开始期。

参考

[1] Lemmer，A。和Preißler，D。（2006）顶级Agrar 9，106–108

[2] Field，J。A.和Lettinga，G。（1987）Water Res。21，367–374

[3] Lesteur，M等。NIR 2013诉讼，法国洛杉矶格兰德·莫特，2013年6月2-7日

[4] Raju，C。S.等。（2011）Bioresource Technol。102（17），7835–7839

[5] Grieder，C。等。al。（2012）J。近红外规格。19（6），463–477

[6] Lesteur，M。等。（2010）过程生物化学。45（4），331–440

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