Commercial biogas plants: Review on operational parameters and guide for performance optimization

Table 1 
Related approaches and challenges in different domains of the biogas industry 
[17–20,22,25,26]
.
Domains 
Approaches 
Challenges to overcome 
Upstream 
(substrate 
pretreatment) 
Chemical pretreatment (acid, 
alkali, oxidative)
•
High investment and 
energy demand
•
Possible formation of 
inhibitory by-products 
Physical pretreatment 
(mechanical, thermal, 
ultrasound) 
Biological pretreatment (fungal, 
enzymatic, bacterial, 
composting, ensiling)
•
Relatively low 
operational efficiency 
Combined pretreatment (steam 
explosion, thermochemical)
•
Possible generation of 
toxic inhibitory 
compounds 
Mainstream 
(biogas 
production) 
Anaerobic co-digestion
•
Improper mixing ratio 
resulting in process 
instability
•
Seasonal availability of 
different waste in 
different regions
•
Extra capital cost such 
as transportation 
Effluent recirculation
•
Potential risk of 
ammonia inhibition 
Manipulation of OLR, 
temperature, HRT and mixing
•
Risk of process 
instability
•
Adequate management 
and precise control 
Bioaugmentation
•
Might not be effective 
under all operational 
conditions 
NPs
a 
additives (ZVI NPs, metallic 
and metal oxide NPs, and 
carbon-based NPs)
•
High investment
•
Strictly control the 
concentrations of 
additives
•
Risk of process 
instability
•
Environmental and 
health-related 
complications 
Trace element (Co, Fe, Cu, Mn, 
Mo, Ni, Zn) supplementation 
Downstream 
(biogas 
upgrading) 
Physical technology (water 
scrubbing, pressure swing 
adsorption, absorption with 
amine solutions and organic 
solvents, membrane separation)
•
High investment and 
energy demand
•
Need for toxic solvents 
in some cases 
Chemical technology (chemical 
hydrogenation/Sabatier 
reaction) 
Biological technology 
(photosynthetic reaction, 
chemoautotrophic reaction)
•
High investment and 
energy demand
•
High risk of biological 
contamination
•
Need for large amount 
of reductant
D. Wu et al.

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Fuel 303 (2021) 121282
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