Anaerobic co-digestion as an option to improve methane production : master thesis

Morelli, Simone (avtor), Kolbl Repinc, Sabina (mentor), Siciliano, Alessio (komentor)

The progressive depletion of traditional fossil fuel sources, along with the uncontrolled rise in greenhouse gas emissions, has prompted governments to focus on innovative and sustainable energy solutions. Among renewable energy technologies, biogas production via anaerobic digestion (AD) has attracted significant global interest. AD processes degrade biodegradable biomass, providing a dual solution to waste accumulation from human activities. Agricultural residues, mainly lignocellulosic materials, are an attractive feedstock due to their wide availability. However, their recalcitrant structure limits microbial degradation, reducing methane yields. To address these limitations, anaerobic co-digestion has been proposed as a promising strategy to enhance process stability and methane production. This study employed Biochemical Methane Potential (BMP) tests to investigate the codigestion of wood mixture (WM), corn cob 12 (CC12), manure mixture (MM), and bran mixture (BM), using inoculum from the Vučja vas biogas plant (Slovenia). A simplex-lattice mixture design with augmented points produced 25 mixtures, tested in duplicate within 2 L batch reactors under real operating conditions. Mathematical modelling and optimisation were then used to describe substrate interactions and identify optimal mixture compositions. The results revealed the methanogenic potential of the individual substrates in the following order: CC12 > BM > MM > WM, as well as complex synergistic and antagonistic interactions among them. The optimal mixture consisted of 88.36%CC12 and 11.64%MM, achieving a maximum predicted methane production of 395.43 NmLCH4/gVS. Notably, balanced mixtures containing all substrates significantly outperformed mono-digestion. Future experimental validation of model predictions is essential for practical implementation.

• Jezik: Angleški jezik
• Ključne besede: master thesis, anaerobic co-digestion, agricultural waste, lignocellulosic substrates, methane yield, mixture design, biochemical methane potential (BMP), mathematical modelling
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: FGG - Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo
• Kraj izida: Ljubljana
• Založnik: [S. Morelli]
• Leto izida: 2026
• Št. strani: 1 spletni vir (1 datoteka PDF (X, 88 str.))
• PID: 20.500.12556/RUL-181703
• UDK: 542.71:628.336.6(043.2)
• COBISS.SI-ID: 275326723
• Datum objave v RUL: 14.04.2026

Sekundarni jezik

• Jezik: Slovenski jezik
• Naslov: Anaerobic co-digestion as an option to improve methane production

Izvleček

Postopno izčrpavanje tradicionalnih virov fosilnih goriv in nenadzorovano povečevanje emisij toplogrednih plinov sta vlade spodbudila, da se osredotočijo na inovativne in trajnostne energetske rešitve. Med tehnologijami obnovljive energije je proizvodnja bioplina z anaerobno presnovo (AD) pritegnila veliko zanimanja po vsem svetu. Procesi AD razgrajujejo biorazgradljivo biomaso in tako ponujajo dvojno rešitev za kopičenje odpadkov iz človeških dejavnosti. Kmetijski ostanki, predvsem lignocelulozni materiali, so zaradi svoje široke razpoložljivosti privlačna surovina. Vendar njihova trdovratna struktura omejuje mikrobiološko razgradnjo, kar zmanjšuje donos metana. Za odpravo teh omejitev je bila kot obetavna strategija za povečanje stabilnosti procesa in proizvodnje metana predlagana anaerobna so-fermentacija. V tej študiji so bili uporabljeni testi biokemičnega potenciala metana (BMP) za preučevanje so-razgradnje mešanice lesa (WM), koruznih storžkov 12 (CC12), mešanice gnoja (MM) in mešanice otrobov (BM) z uporabo inokula iz bioplinarne Vučja vas (Slovenija). Z enostavnim mrežastim modelom mešanice z dodatnimi točkami je bilo pripravljenih 25 mešanic, ki so bile testirane v dvojnikih v 2-litrskih reaktorjih v realnih delovnih pogojih. Nato sta bila uporabljena matematično modeliranje in optimizacija za opis interakcij substratov in identifikacijo optimalnih sestav mešanic. Rezultati so pokazali metanogeni potencial posameznih substratov v naslednjem vrstnem redu: CC12 > BM > MM > WM, ter kompleksne sinergistične in antagonistične interakcije med njimi. Optimalna mešanica je vsebovala 88,36 % CC12 in 11,64 % MM, pri čemer je bila dosežena največja predvidena proizvodnja metana 395,43 NmLCH4/gVS. Zlasti uravnotežene mešanice, ki so vsebovale vse substrate, so bistveno presegle enostavno predelavo. Za praktično izvedbo je bistvena prihodnja eksperimentalna validacija modelnih napovedi.

• Ključne besede: magistrska dela, anaerobna soproizvodnja, kmetijski odpadki, lignocelulozni substrati, donos metana, sestava mešanice, biokemični potencial metana (BMP), matematično modeliranje