Browsing by Author "Labatut, Rodrigo"

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    An evaluation of anaerobic co-digestion implementation on New York State dairy farms using an environmental and economic life-cycle framework
    (2018) Usack, J. G.; Van Doren, L. Gerber; Posmanik, R.; Labatut, Rodrigo; Tester, J. W.; Angenent, L. T.
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    Converting organic waste into energy by coupling hydrothermal liquefaction and anaerobic digestion
    (2025) Cabrera Abarca, Daniela Viviana; Labatut, Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Los crecientes desafíos de la gestión de residuos y la sostenibilidad energética exigen soluciones innovadoras. Esta tesis explora la integración de la licuefacción hidrotermal (HTL) y la digestión anaeróbica (AD) para convertir residuos orgánicos con alto contenido de humedad, como los residuos de trampas de grasa (GTW) y el digestato anaeróbico, en productos energéticos valiosos. El sistema HTL opera a temperaturas moderadas y altas presiones, generando biocrudo, un producto acuoso rico en nutrientes (AP), hidrocarbón y gas. El AP, que suele ser un desafío su tratamiento, se reutiliza en este estudio para mejorar la recuperación de biocrudo y la producción de metano a través de la AD. Se realizaron cuatro fases de investigación: Primero, se evaluó la influencia de las condiciones operativas del HTL para optimizar el rendimiento del biocrudo y las características del AP. Segundo, se desarrollaron rutas de reacción para el HTL de GTW y digestato, arrojando luz sobre sus mecanismos de transformación. Tercero, se analizó la recirculación del AP en el sistema HTL, demostrando su papel en el aumento del rendimiento del biocrudo y evaluando las limitaciones en su reutilización. Por último, se investigó la integración de HTL con digestión anaeróbica de alta tasa (HRAD), demostrando su efectividad para maximizar la recuperación de energía y mitigar impactos ambientales en el tratamiento de residuos. Los resultados indican que la integración HTL-AD mejora la eficiencia de recuperación energética y la calidad de los productos en comparación con procesos independientes. Sin embargo, se identificaron desafíos como la toxicidad del AP y la estabilidad del reactor bajo altas cargas de AP, subrayando la necesidad de enfoques personalizados según el tipo de residuo y las condiciones operativas. Este trabajo contribuye al campo emergente de las tecnologías de conversión de residuos en energía, proporcionando un marco para la escalabilidad equilibrando viabilidad ambiental y económica.
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    Coupling hydrothermal liquefaction and anaerobic digestion for energy valorization from model biomass feedstocks
    (2017) Posmanik, R.; Labatut, Rodrigo; Kim, A.; Usack, J.; Tester, J.; Angenent, L.
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    Grease trap waste valorization through hydrothermal liquefaction and anaerobic digestion: a circular approach to dairy wastewater treatment
    (Royal Society of Chemistry, 2024) Cabrera Abarca, Daniela Viviana; Adema Yusta, Ingrid Paz; Santibañez Prado, María José; Celis, Crispin; Tester, Jefferson W.; Labatut, Rodrigo
    Grease traps are commonly used in the dairy industry to separate fats from their generated wastewater. Due to its properties, grease trap waste (GTW) is predominantly incinerated or landfilled despite its high energy content. In this study, hydrothermal liquefaction (HTL) was used to convert dairy industry GTW into biocrude while the generated HTL-wastewater (AP) was subjected to anaerobic digestion (AD) to recover biomethane. To maximize organic carbon to biocrude conversion, and to minimize the use of freshwater, a fraction of the AP was recirculated in subsequent HTL reactions. AP recirculation increased biocrude yields (73 vs. 78 wt%) but decreased both the higher heating value (HHV) (38 vs. 37 MJ kg−1) and the fraction (72 vs. 64%) of lighter hydrocarbons. Continuous AD using an EGSB reactor proved to be an effective method to further reduce the COD of the AP from 6.5 g L−1 to 0.7 g L−1 and enhance the overall energy recovery of the GTW from 81% (HTL only) to 83.1% (HTL-AD). Integrating HTL with AD and recycling a fraction of the AP in the HTL process allows for efficient wastewater treatment and a recovery of up to 84.8% of the energy contained in the GTW.
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    Reactivity and Stability of Natural Clay Minerals with Various Phyllosilicate Structures as Catalysts for Hydrothermal Liquefaction of Wet Biomass Waste
    (2023) Sudibyo, Hanifrahmawan; Cabrera, Daniela V.; Widyaparaga, Adhika; Budhijanto, Budhijanto; Celis, Crispin; Labatut, Rodrigo
    We evaluated natural clay minerals representing all classesofphyllosilicates as in situ catalysts for hydrothermal liquefaction(HTL) of anaerobically digested cattle manure at 350 & DEG;C for 1h, i.e., kaolinite, montmorillonite, talc, vermiculite, phlogopite,meixnerite, attapulgite, and alumina. The relative compositions ofstrong Bronsted (SBrA), strong Lewis (SLA), and weak Lewis acidic(WLA) sites and the strong (SBS) and weak (WBS) basic sites of clayminerals significantly affected the formation of HTL products (i.e.,biocrude oil, hydrochar, and aqueous- and gas-phase coproducts) andthe distribution and speciation of elements. The general mechanisticroles of these active sites are as follows: (1) SBrA catalyzed thebiocrude-forming reactions and inhibited the hydrochar-repolymerizingreactions; (2) SLA promoted the production of hydrochar precursors;(3) WLA enhanced the hydrodeoxygenation, hydrodenitrogenation, andhydrodesulfurization of biocrude by utilizing the hydrogen generationcatalyzed by WBS; and (4) SBS increased the production of organicacids solubilizing nutrients into the aqueous-phase coproduct (HTL-AP).Montmorillonite was the most suitable for the HTL catalyst due tothe optimal composition of these active sites, leading to achievingmaximal biocrude energy recovery (i.e., 82%) with low heteroatomscontent (i.e., 15% O, 0.24% N, and 0.08% S), minimal hydrochar yield(i.e., 10%), and maximal nutrient yield in HTL-AP, i.e., 71% P, 54%Mg, 29% NH3-N, and 14% Ca. In addition, the crystallinestructure of montmorillonite remained intact after the HTL process.This study informs comprehensive catalytic roles of different surface-activesites of clay minerals useful for future development of clay-basedcatalysts for more sustainable overall HTL systems.
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    Removal of volatile organic silicon compounds (D4, D5) from biogas using microaerophilic/anaerobic microbial strategies
    (2022) Ortiz Ardila, Andrés Eduardo; Labatut, Rodrigo; Pizarro Puccio, Gonzalo E.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La digestión anaeróbica (DA) se considera una tecnología rentable y sostenible para el tratamiento de lodos de depuradora (EDAR). Permite estabilizar la materia orgánica al tiempo que produce energía renovable, que puede utilizarse in situ. Los compuestos orgánicos volátiles de silicio (VOSiC) son omnipresentes en los elementos industriales, de cuidado personal y domésticos, por lo que están presentes en los lodos activados residuales. Estos VOSiC se consideran contaminantes emergentes debido a su afinidad con la materia orgánica. Además, disminuyen la eficiencia de generación de energía de los equipos de conversión de biogás por la precipitación de óxidos de silicato en los elementos de calentamiento y la consiguiente reducción de la transferencia de calor. Este trabajo evaluó los cambios en la estructura de la ecología microbiana y la biodegradación de los siloxanos, centrándose en la eliminación biológica de los principales siloxanos presentes en los lodos de DA. El enfoque utilizado promovió la evolución dirigida de la microbiota nativa de la DA para aumentar los organismos capaces de resistir las concentraciones de oxígeno y biodegradar eficazmente los siloxanos asignados en la materia orgánica. Se logró la aclimatación del sustrato utilizando el polímero de siloxano polidimetilsiloxano (PDMS) para seguir utilizando estos organismos en la estabilización microbiana de los oligómeros de siloxano -VOSiC- Octametilciclotetrasiloxano (D4) y Decametilciclopentasiloxano (D5). Nuestros resultados muestran que el PDMS es una fuente de VOSiCs en los digestores anaeróbicos; este es un descubrimiento crucial ya que esta fuente no se había tenido en cuenta anteriormente. Por último, proponemos una vía de biodegradación para los siloxanos D4 en condiciones de microaireación que muestra cómo el oxígeno y los organismos dentro de los lodos de DA superan la naturaleza recalcitrante del impedimento estérico del siloxano para transformarlo en silanoles que no poseen una amenaza para el medio ambiente o las energías basadas en el biogás.
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    Syngas production from phenolic pollutants via a series of hydroxylation, ring cleavage, and aqueous-phase reforming catalyzed by a hydrotalcite-supported Fe-Mn-Ni alloy
    (2024) Sudibyo, Hanifrahmawan; Cabrera, Daniela V.; Labatut, Rodrigo; Supriyanto, Calvin J.; Budhijanto, Budhijanto; Widyaparaga, Adhika
    A trifunctional catalyst facilitating a series of hydroxylation, oxidative ring opening, and aqueous-phase reforming reactions was developed to convert phenolic wastewater into syngas. The definitive screening design experiment at 250 degrees C for 5 h with 1.75% H(2)O(2 )and 2 wt% catalyst loading demonstrated the importance of Fe, Mn, and Ni among the first-row transition metals to be impregnated into hydrotalcite to acquire the trifunctional feature. The surface chemistry characterization revealed that they improved the amount of strong and weak Br & oslash;nsted (SBrA and WBrA) and Lewis (SLA and WLA) acidic active sites. The mechanistic roles of these sites via semi-continuous kinetic investigation at 200-300 degrees C for 1-5 h with 1.75% H2O2 and 2 wt% catalyst loading were unraveled: (1) SBrA (surface metal oxyhydroxides) facilitated hydroxylation and homolytic cleavage producing hydroxyphenols; (2) WBrA (surface metal hydroxides) promoted ring opening of hydroxyphenols yielding oxo- and di-carboxylic acids; (3) WLA (mineral phase with a tetrahedral coordination) catalyzed reforming of acids into syngas; and (4) SLA (mineral phase with an octahedral coordination) improved the H2 yield by promoting the water-gas shift reaction. The optimal content of Fe, Mn, and Ni was 49.4, 21.2, and 29.4 wt%, respectively, from 20 wt% of active metals on the support to achieve the maximal organic carbon removal (similar to 82%) and H2 yield (similar to 80%) with a CO-to-H2 ratio of 0.6, useful for chemical building block synthesis. The optimized catalyst demonstrated high activity and reusability, with a turnover number and frequency of similar to 1 x 106 and similar to 6 x 104 s-1, respectively, marking a breakthrough in sustainable syngas production.
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    Water security in a semiarid environment: An approach to assess costs and benefits of high-Andean nature-based solutions
    (2025) Vicuña Diaz, Sebastián; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Gaxiola , Aurora , ( Gaxiola Alcántar); Rivera, Javier I.; Gonzalez, Diego; Aedo Quililongo, Sebastián Alejandro; Vega Contreras, Alejandra Soledad; Pasten González, Pablo Arturo; Bustos Sandoval, Eduardo Federico; Melo Contreras, Óscar; Labatut, Rodrigo; Herane Espinosa, Juan Pablo; Gironas Leon, Jorge Alfredo; Suárez Poch, Francisco Ignacio; Marquet Iturriaga, Pablo Ángel