Mini-bioreattori per stampa 3D per screening della digestione anaerobica
Nel recente sviluppo di ” Sviluppo di un sistema di screening della digestione anaerobica mediante mini-bioreattori stampati in 3D “, gli autori Spyridon Achinas e Gerrit Jan Willem Euverink impiegano la produzione additiva per creare dispositivi destinati a fungere da strumenti di screening nelle applicazioni di bioenergia.
Oggi i digestori anaerobici sono utilizzati come sistemi per il trattamento dei rifiuti, con i bioreattori solitamente disponibili in una varietà di forme diverse. I dispositivi non vengono utilizzati solo per gestire i rifiuti con l’aiuto di microrganismi, ma sono responsabili della produzione di “prodotti di alto valore” come il biogas e i biofertilizzanti.
I reattori possono essere su larga scala, sulla grandezza di un reattore su scala vegetale o più piccoli. Gli autori spiegano che sono necessari reattori su micro o mini scala mentre i processi di digestione anaerobica vengono miniaturizzati. Durante questo processo, i dati sensoriali possono essere aumentati, ma mantenuti in un’area relativamente piccola, risparmiando denaro ed energia. L’integrità geometrica continua con il ridimensionamento, che a volte viene definito ridimensionamento isometrico, mentre altri elementi potrebbero non ridimensionarsi in modo simile (allometrico).
“I risultati hanno dimostrato che la AD in bassi volumi di lavoro era fattibile ed efficiente in termini di quantità e qualità di biogas. I risultati hanno anche stabilito collegamenti tra ridimensionamento e stabilità del processo “, hanno affermato gli autori.
40 mL di campioni di bioreattore sono stati stampati in 3D per testare la digestione anaerobica (AD) e la stabilità. Realizzati su una stampante 3D SLA con resina brevettata Formlabs Clear FLGPCL02, i ricercatori hanno utilizzato la risoluzione più bassa possibile a 0,1 mm. Il campione è stato descritto come “robusto e rigido”, che richiede strutture di supporto, 63 ml di resina e 8 ore di tempo di stampa.
Lo sviluppo del campione includeva:
Disegno della nave
Fabbricazione della nave
Test di funzionamento
Studio di base
La fase di validazione del sistema in miniatura consiste in uno studio di base che utilizza i bioreattori commerciali e la ricerca concettuale con i mini-bioreattori stampati in 3D.
I ricercatori hanno eseguito un processo semi-continuo a stadio singolo per i vasi da 400 ml, ciascuno con un volume di lavoro di 300 ml. Nel complesso, i campioni sono stati sviluppati con “funzionalità avanzate” a causa dell’alta risoluzione, che consente funzionalità come:
Baffle distanziati e controllati dalla geometria
Porte di esempio
Ingressi sensore
Strutture interne progettate da CAD
Condizioni di processo e masse di materiali organici in prove sperimentali.
“Inoltre, la stampa diretta di fili di alta qualità ha permesso di lavorare a contropressione controllata”, hanno concluso i ricercatori. “In effetti, il micro-bioreattore prodotto qui ha mostrato prestazioni simili al bioreattore commerciale nella produzione di biogas dalla digestione anaerobica del latte.
“La semplicità, il basso costo e il rapido aggiornamento della tecnologia di stampa 3D consentiranno lo sviluppo di numerose applicazioni di ingegneria avanzata dei reattori nella produzione chimica a flusso continuo. Le conclusioni di questo lavoro giustificano l’uso di mini sistemi AD per lo screening dei processi ad alto rendimento per migliorare ulteriormente i sistemi AD. Le quantità eccessive di rifiuti organici e di acque reflue prodotte nella nostra società devono essere adeguatamente gestite. I reattori AD con prestazioni migliori contribuiscono notevolmente al trattamento sostenibile di rifiuti organici e acque reflue.
