Biokonwersja materiałów odpadowych do wodoru na drodze fermentacji ciemnej z wykorzystaniem Enterobacter aerogenes

• Autorzy: Kucharska Karolina , Słupek Edyta , Kamiński Marian

Warianty tytułu

EN

Bioconversion of waste materials to hydrogen via dark fermentation using Enterobacter aerogenes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W drodze fermentacji ciemnej z wykorzystaniem względnych beztlenowców z gatunku Enterobacter aerogenes można otrzymać wodór. Wydajność wytwarzania wodoru technikami fermentacyjnymi jest silnie zależna od zastosowanych warunków w zakresie pH, temperatury, składu brzeczek fermentacyjnych, zawartości tlenu czy nawet obecności substancji o potencjalnie inhibitującym wpływie na hodowlę mikrobiologiczną [1-4]. W pracy opisano badania przebiegu fermentacji ciemnej w czterech wspólnie termostatowanych szklanych bioreaktorach o pojemności roboczej 50 mL. Badania dotyczyły różnic w produktywności wodoru w zależności od rodzaju zastosowanego źródła węgla. Uzyskane przykładowe rezultaty pozwoliły na ocenę efektywności procesu w odniesieniu do wytwarzania wodoru z różnego rodzaju surowców, tj. czystej glukozy, gliceryny odpadowej i hydrolizatów alkalicznych trawy polnej, uzyskanych zgodnie z procedurą opisaną przez autorów w pracy [5].

EN

Hydrogen can be obtained via dark fermentation with the use of anaerobic Enterobacter aerogenes. The efficiency of hydrogen production by fermentation techniques is strongly dependent on the conditions used i.e. the pH range, temperature, composition of fermentation broths, oxygen content, or even the presence of substances with potentially inhibitory effects on the microbiological culture [1- 4]. The paper describes the study of dark fermentation in four parallel thermostatic glass bioreactors with a working capacity of 50 mL each. The research concerned differences in hydrogen productivity depending on the type of carbon source used. Obtained exemplary results allowed to evaluate the effectiveness of the process [6] in relation to the production of hydrogen from various types of raw materials, i.e. pure glucose, waste glycerol and alkaline meadow grass hydrolysates, obtained according to the procedure given in [5].

Słowa kluczowe

PL

wodór; biokonwersja; Enterobacter aerogenes ATCC 13048; fermentacja ciemna; biomasa

EN

hydrogen; bioconversion; Enterobacter aerogenes ATCC 13048; dark fermentation; biomass

• Wydawca: Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Aparatury Badawczej i Dydaktycznej, COBRABiD sp. z.o.o
• Czasopismo: Aparatura Badawcza i Dydaktyczna
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 24, nr 1
• Strony: 4--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kucharska Karolina

• Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Inżynierii Procesowej i Technologii Chemicznej, Gdańsk, Polska

autor

Słupek Edyta

• Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Inżynierii Procesowej i Technologii Chemicznej, Gdańsk, Polska

autor

Kamiński Marian

• Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Inżynierii Procesowej i Technologii Chemicznej, Gdańsk, Polska

Bibliografia

• [1] Kucharska K., Hołowacz I., Konopacka-Łyskawa D., Rybarczyk P., Kamiński M., Key issues in modeling and optimization of lignocellulosic biomass fermentative conversion to gaseous biofuels. Renew Energy 2018;129:384–408. doi:10.1016/j.renene.2018.06.018.
• [2] Łukajtis R., Kucharska K., Hołowacz I., Rybarczyk P., Wychodnik K., Słupek E., et al. Comparison and Optimization of Saccharification Conditions of Alkaline Pre-Treated Triticale Straw for Acid and Enzymatic Hydrolysis Followed by Ethanol Fermentation. Energies 2018. doi:10.3390/en11030639.
• [3] Chen W.-H., Chen S.-Y., Kumar Khanal S., Sung S., Kinetic study of biological hydrogen production byanaerobic fermentation. Int J Hydrogen Energy 2006;31:2170–8. doi:10.1016/j.ijhydene.2006.02.020. Biokonwersja materiałów odpadowych do wodoru na drodze fermentacji ciemnej z wykorzystaniem ABiD 1/2019 Enterobacter... 9112
• [4] Azwar M. Y., Hussain M. A., Abdul-Wahab A. K., Development of biohydrogen production by photobiological, fermentation and electrochemical processes: A review. Renew Sustain Energy Rev 2014;31. doi:10.1016/j.rser.2013.11.022.
• [5] Kucharska K., Łukajtis R., Słupek E., Cieśliński H., Rybarczyk P., Kamiński M., Hydrogen Production from Energy Poplar Preceded by MEA Pre-Treatment and Enzymatic Hydrolysis. Molecules 2018; 23:1–21. doi:10.3390/molecules23113029.
• [6] Mussatto S. I., Dragone G. M., Biomass Pretreatment, Biorefineries, and Potential Products for a Bioeconomy Development. In: S. I. Mussatto, editor. Biomass Fractionation Technol. Lignocellul. Feed. Based Biorefinery, Amsterdam: Elsevier Inc.; 2016, p. 1-22.
• [7] Couto S. R., Sanromán M. Á., Application of solid-state fermentation to food industry – A review. J Food Eng 2006. doi:10.1016/j.jfoodeng.2005.05.022.
• [8] Singh R., White D., Demirel Y., Kelly R., Noll K., Blum P., Uncoupling fermentative synthesis of molecular hydrogen from biomass formation in Thermotoga maritima. Appl Environ Microbiol 2018; 84:1–16. doi:10.1128/AEM.00998-18.
• [9] Chou C. H., Wang C. W., Huang C. C., Lay J. J., Pilot study of the influence of stirring and pH on anaerobes converting high-solid organic wastes to hydrogen. Int J Hydrogen Energy 2008;33: 1550-8. doi:10.1016/j.ijhydene.2007.09.031.
• [10] Zhang D., Zhu W., Tang C., Suo Y., Gao L., Yuan X., et al. Bioreactor performance and methanogenic population dynamics in a low-temperature (5-18°C) anaerobic fixed-bed reactor. Bioresour Technol 2012;104:136–43. doi:10.1016/j.biortech.2011.10.086.
• [11] Kossatz H. L., Rose S. H., Viljoen-Bloom M., van Zyl W. H., Production of ethanol from steam exploded triticale straw in a simultaneous saccharification and fermentation process. Process Biochem 2017;53:10–6. doi:10.1016/j.procbio.2016.11.023.
• [12] Mohd Yasin N. H., Rahman N. A., Man H. C., Mohd Yusoff M. Z., Hassan M. A., Microbial characterization of hydrogen-producing bacteria in fermented food waste at different pH values. Int J Hydrogen Energy 2011;36:9571–80. doi:10.1016/j.ijhydene.2011.05.048.
• [13] Chen G., Yao J., Liu J., Yan B., Shan R., Biomass to hydrogen-rich syngas via catalytic steam reforming of bio-oil. Renew Energy 2016. doi:10.1016/j.renene.2016.01.073.
• [14] Dabrock B., Bahl H., Gottschalk G., Parameters Affecting Solvent Production by Clostridium pasteurianum. Appl Environ Microbiol 1992;58:1233–9. doi:0099-2240/92/041233-07$02.00/0.
• [15] Lu L., Ren N. Q., Zhao X., Wang H. A., Wu D., Xing D. F., Hydrogen production, methanogen inhibition and microbial community structures in psychrophilic single-chamber microbial electrolysiscells. Energy Environ Sci 2011;4:1329–36. doi:10.1039/c0ee00588f.
• [16] Temudo M. F., Kleerebezem R., van Loosdrecht M., Influence of the pH on (open) mixed culture fermentation of glucose: a chemostat study. Biotechnol Bioeng 2007;98:69–79. doi:10.1002/bit.21412.
• [17] Mu Y., Yu H. Q., Wang G., Evaluation of three methods for enriching H2-producing cultures fromanaerobic sludge. Enzyme Microb Technol 2007;40:947–53. doi:10.1016/j.enzmictec.2006.07.033.
• [18] Pachapur V. L., Sarma S. J., Brar S. K., Le Bihan Y., Buelna G., Verma M., Biohydrogen production by co-fermentation of crude glycerol and apple pomace hydrolysate using co-culture of Enterobacter aerogenes and clostridium butyricum. Bioresour Technol 2015;193:297–306. doi:10.1016/j.biortech.2015.06.095.
• [19] Mu J., Li S., Chen D., Xu H., Han F., Feng B., et al. Enhanced biomass and oil production fromsugarcane bagasse hydrolysate (SBH) by heterotrophic oleaginous microalga Chlorella protothecoides. Bioresour Technol 2015;185:99–105. doi:10.1016/j.biortech.2015.02.082.
• [20] Fernandes B. S., Peixoto G., Albrecht F. R., Saavedra del Aguila N. K., Zaiat M., Potential to produce biohydrogen from various wastewaters. Energy Sustain Dev 2010;14:143–8. doi:10.1016/j.esd.2010.03.004.
• [21] Lin C. Y., Lay C. H., Sen B., Chu C. Y., Kumar G., Chen C. C., et al. Fermentative hydrogen production from wastewaters: A review and prognosis. Int J Hydrogen Energy 2012;37:15632–42. doi:10.1016/j.ijhydene.2012.02.072.
• [22] Guo P., Mochidzuki K., Cheng W., Zhou M., Gao H., Zheng D., et al. Effects of different pretreatment strategies on corn stalk acidogenic fermentation using a microbial consortium. Bioresour Technol 2011;102:7526–31. doi:10.1016/j.biortech.2011.04.083.
• [23] Kucharska K., Rybarczyk P., Hołowacz I., Łukajtis R., Glinka M., Kamiński M., Pretreatment of Lignocellulosic Materials as Substrates for Fermentation Processes. Molecules 2018;23:2937. doi:10.3390/molecules23112937.
• [24] Kucharska K., Łukajtis R., Słupek E., Cieśliński H., Rybarczyk P., Kamiński M., Hydrogen Production from Energy Poplar Preceded by MEA Pre-Treatment and Enzymatic Hydrolysis. Molecules 2018; 23:1–21. doi:10.3390/molecules23113029.
• [25] Jones P. R., Akhtar M. K., Insurmountable Hurdles for Fermentative H2 Production? vol. #volume#.1st ed. Elsevier B.V.; 2013. doi:10.1016/B978-0-444-59555-3.00004-0.
• [26] Binod P., Pusztahelyi T., Nagy V., Sandhya C., Szakács G., Pócsi I., et al. Production and purification of extracellular chitinases from Penicillium aculeatum NRRL 2129 under solid-state fermentation. Enzyme Microb Technol 2005. doi:10.1016/j.enzmictec.2004.12.031.
• [27] Łukajtis R., Rybarczyk P., Kucharska K., Konopacka-Łyskawa D., Słupek E., Wychodnik K., et al. Optimization of saccharification conditions of lignocellulosic biomass under alkaline pre-treatment and enzymatic hydrolysis. Energies 2018;11. doi:10.3390/en11040886.
• [28] Song C., Liu Q., Ji N., Deng S., Zhao J., Kitamura Y., Natural gas purification by heat pump assisted MEA absorption process. Appl Energy 2017;204:353–61. doi:10.1016/j.apenergy.2017.07.052.
• [29] Yokoi H., Ohkawara T., Hirose J., Hayashi S., Takasaki Y., Characteristics of hydrogen production by aciduric Enterobacter aerogenes strain HO-39. J Ferment Bioeng 1995;80:571–4. doi:10.1016/0922-338X(96)87733-6.
• [30] Khaleb N., Jahim J., Kamal S., Biohydrogen production using hydrolysates of palm oil mill effluent (POME). J Asian Sci … 2012;2:705-10.
• [31] Trchounian K., Sawers R. G., Trchounian A., Improving biohydrogen productivity by microbial dark and photo-fermentations: Novel data and future approaches. Renew Sustain Energy Rev 2017;80:1201–16. doi:10.1016/j.rser.2017.05.149.
• [32] Balachandar G., Khanna N., Das D., Biohydrogen Production from Organic Wastes by Dark Fermentation. 1st ed. Elsevier B.V.; 2013. doi:10.1016/B978-0-444-59555-3.00006-4.
• [33] Boni M. R., Sbaffoni S., Tuccinardi L., Viotti P., Development and calibration of a model for biohydrogen production from organic waste. Waste Manag 2013;33:1128–35. doi:10.1016/j.wasman.2013.01.019.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).