Repositorio
Institucional

Martins, Gilberto

Challenging the conductive paradigm: The unexpected role of sand in anaerobic digestion

ELSEVIER SCI LTD

BIORESOURCE TECHNOLOGY

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The application of conductive materials (CM) has emerged as a strategy to enhance methane production (MP) in anaerobic digestion (AD) systems. This study highlights the potential of sand as an alternative to CM for biomethane production during AD, utilizing complex microbial communities and pure cultures of methanogens. Sand (non-CM) was compared with activated carbon (AC) and nano-zero valent iron (nZVI), both CM, regarding MP kinetic parameters, including lag phase duration, methane production rate (MPR), and maximum MP. Biomethane potential tests revealed that all tested materials improved methane potential, with sand showing significant advancements in the degradation of various substrates, including sewage sludge, glucose, butyrate, and ethanol. Notably, sand led to an increase of up to 16.8 % in the maximum MP from sludge degradation compared to controls without materials, outperforming AC and nZVI. In assays with pure cultures, sand increased the MPR from the hydrogenotrophic Methanobacterium formicicum culture from 9.87 +/- 1.97 mM center dot d- 1 to 12.45 +/- 2.63 mM center dot d- 1. No significant effect was observed on MPR from acetoclastic Methanothrix harundinacea. Our findings emphasize the remarkable potential of sand as a low-cost and environmentally friendly alternative to traditional CM to enhance AD efficiency.La aplicación de materiales conductores (MC) ha surgido como una estrategia para mejorar la producción de metano (PM) en sistemas de digestión anaeróbica (DA). Este estudio destaca el potencial de la arena como alternativa a los MC para la producción de biometano durante la DA, utilizando comunidades microbianas complejas y cultivos puros de metanógenos. La arena (no MC) se comparó con carbón activado (CA) y hierro de valencia cero nanométrico (nZVI), ambos MC, en cuanto a parámetros cinéticos de PM, incluyendo la duración de la fase de latencia, la tasa de producción de metano (TPM) y la PM máxima. Las pruebas de potencial de biometano revelaron que todos los materiales probados mejoraron el potencial de metano, con la arena mostrando avances significativos en la degradación de varios sustratos, incluyendo lodos de depuradora, glucosa, butirato y etanol. En particular, la arena condujo a un aumento de hasta un 16,8 % en la PM máxima de la degradación de lodos en comparación con los controles sin materiales, superando al CA y al nZVI. En ensayos con cultivos puros, la arena aumentó la MPR del cultivo hidrogenotrófico de Methanobacterium formicicum de 9,87 ± 1,97 mM·d⁻¹ a 12,45 ± 2,63 mM·d⁻¹. No se observó ningún efecto significativo en la MPR de la bacteria acetoclástica Methanothrix harundinacea. Nuestros hallazgos resaltan el notable potencial de la arena como una alternativa económica y respetuosa con el medio ambiente a la CM tradicional para mejorar la eficiencia de la AD.

artículo original

Anaerobic digestion

Conductive materials

Sand

Methane production

Biochemical methane potential tests

10.1016/j.biortech.2025.133163

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Biotecnología Ambiental

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Challenging the conductive paradigm: The unexpected role of sand in anaerobic digestion

artículo original

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BIORESOURCE TECHNOLOGY

Agricultural Engineering

Biotechnology & Applied Microbiology

Energy & Fuels

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Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT)(Fundacao para a Ciencia e a Tecnologia (FCT))#Centre of Biological En-gineering of the University of Minho#Materials Characterization Services of the University of Minho

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Centre of Biological En-gineering of the University of Minho [LA/P/0029/2020, 2022.06569, CEECIND/CP1718/CT0004]

Materials Characterization Services of the University of Minho

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