Article Dans Une Revue Fermentation Année : 2025

Batch Reactor Design and Conception at Laboratory Scale for Solid-State Anaerobic Digestion: Practical Comparison Between 3D-Printed Digesters and Conventional Methods

Conception de réacteurs discontinus à l'échelle du laboratoire pour la digestion anaérobie en milieu solide : comparaison pratique entre les digesteurs imprimés en 3D et les méthodes conventionnelles

Résumé

Solid-state anaerobic digestion (SS-AD) is a promising technology for treating organic waste and producing renewable energy. This study explores the feasibility of using 3D printing to rapidly design cost-effective laboratory-scale digesters for optimization experiments. Batch reactors were designed using fused deposition modeling (FDM) with polylactic acid (PLA) and stereolithography (SLA) with High Temp V2 resin. PLA had a negligible impact on methane yields, while raw SLA resin positively influenced methanogenic potential, likely due to residual isopropanol used in post-processing, causing a 19% increase in CH4 yield. The performance of the 3D-printed reactors was compared to that of a conventionally machined PMMA reactor using cattle manure as a substrate, showing comparable methane yields and process stability. Three-dimensional printing technologies have demonstrated remarkable efficiency in designing laboratory-scale digesters, with a 70% cost reduction for SLA technology and an 80% reduction in design time compared to conventional reactors designed by plastics processing, while maintaining comparable biogas production. FDM technologies with PLA have shown that they are not suitable for these uses. This study demonstrates the potential of additive manufacturing to accelerate SS-AD research and development. However, care must be taken in material selection and post-processing to avoid introducing experimental bias.
La digestion anaérobie à l'état solide (SS-AD) est une technologie prometteuse pour le traitement des déchets organiques et la production d'énergie renouvelable. Cette étude explore la faisabilité de l'utilisation de l'impression 3D pour concevoir rapidement des digesteurs rentables à l'échelle du laboratoire pour des expériences d'optimisation. Des réacteurs discontinus ont été conçus à l'aide de la technologie FDM avec de l'acide polylactique (PLA) et de la stéréolithographie (SLA) avec la résine High Temp V2. Le PLA a eu un impact négligeable sur les rendements en méthane, tandis que la résine SLA brute a influencé positivement le potentiel méthanogène, probablement en raison de l'isopropanol résiduel utilisé dans le post-traitement, entraînant une augmentation de 19 % du rendement en CH4. Les performances des réacteurs imprimés en 3D ont été comparées à celles d'un réacteur en PMMA usiné de manière conventionnelle, utilisant du fumier de bovins comme substrat, et ont montré des rendements en méthane et une stabilité du processus comparables. Les technologies d'impression tridimensionnelle ont fait preuve d'une efficacité remarquable dans la conception de digesteurs à l'échelle du laboratoire, avec une réduction de 70 % des coûts pour la technologie SLA et une réduction de 80 % du temps de conception par rapport aux réacteurs conventionnels conçus par transformation des matières plastiques, tout en maintenant une production de biogaz comparable. Les technologies FDM avec PLA ont montré qu'elles n'étaient pas adaptées à ces utilisations. Cette étude démontre le potentiel de la fabrication additive pour accélérer la recherche et le développement en matière de SS-AD. Toutefois, il convient d'être prudent dans la sélection des matériaux et le post-traitement afin d'éviter d'introduire un biais expérimental.
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hal-04900909 , version 1 (20-01-2025)

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Arnaud Dujany, Franco Otaola, Laura André, Amar Naji, Denis Luart, et al.. Batch Reactor Design and Conception at Laboratory Scale for Solid-State Anaerobic Digestion: Practical Comparison Between 3D-Printed Digesters and Conventional Methods. Fermentation, 2025, ⟨10.3390/fermentation11010041⟩. ⟨hal-04900909⟩
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