Analiza składu fazy gazowej wytwarzanej podczas fermentacji ciemnej

• Autorzy: Rybarczyk P. , Kucharska K. , Pawłowicz R. , Kamiński M.

Warianty tytułu

EN

Analysis of the composition of gas phase formed during dark fermentation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Fermentacja ciemna umożliwia otrzymywanie bio-wodoru z substratów pochodzenia biologicznego, np. z biomasy ligno-celulozowej. Kontrola i właściwe sterowanie przebiegiem procesu fermentacji ciemnej wymaga bieżącego monitoringu składu powstającej fazy gazowej. W niniejszej pracy przedstawiono metodykę analizy składu fazy gazowej z wykorzystaniem techniki GC-TCD-FID. Zaproponowana metodyka umożliwia oznaczenie następujących gazów w analizowanej mieszaninie: H2, O2, CH4 i CO2. W pracy zwięźle omówiono metodę fermentacyjnego otrzymywania biopaliw gazowych z surowców ligno-celulozowych. Przedstawiono przykładowe wyniki analizy chromatograficznej próbek gazowych, pobieranych w trakcie fermentacji ciemnej z hydrolizatu ze zmielonej i wysuszonej wierzby energetycznej po wcześniejszej obróbce alkalicznej i hydrolizie enzymatycznej.

EN

Dark fermentation allows the production of biohydrogen from substrates of biological origin, e.g. from lignocellulosic biomass. The proper control of the course of the dark fermentation process requires the need of monitoring of the composition of the generated gas phase. This paper presents the methodology of gas phase composition analysis using the GC-TCD-FID technique. The proposed methodology makes it possible to determine the following gases in the analyzed mixture: H2, O2, CH4 and CO2. The work discusses briefly the method of fermentative production of gaseous biofuels from lignocellulosic raw materials. Exemplary results of the GC-FID-TCD analysis carried out on gas samples collected during dark fermentation from milled and dried energetic willow, previously alkaline pretreated and enzymatically hydrolysed, are presented.

Słowa kluczowe

PL

hydrolizaty; biomasa lignocelulozowa; fermentacja ciemna; biowodór; produkty gazowe; GC-TCD-FI; analityka procesowa

EN

hydrolysates; lignocellulosic biomass; dark fermentation; biohydrogen; gaseous products; GC-TCD-FID; process analytics

• Wydawca: Publishing House of Siedlce University of Natural Sciences and Humanities
• Czasopismo: Camera Separatoria
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 9, No. 2
• Strony: 73--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32, rys., tab.

Twórcy

autor

Rybarczyk P.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, ul. Gabriela Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Polska

autor

Kucharska K.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, ul. Gabriela Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Polska

autor

Pawłowicz R.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, ul. Gabriela Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Polska

autor

Kamiński M.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, ul. Gabriela Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Polska

Bibliografia

• [1] Y. Sun, J. Cheng, Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review, Bioresource Technology, 83 (2002) 1-11. doi:10.1016/S0960-8524(01)00212-7.
• [2] V.S. Chang, M.T. Holtzapple, Fundamental factors affecting biomass enzymatic reactivity, Applied Biochemistry and Biotechnology, 84 (2000) 5-37. doi:10.1385/ABAB:84-86:1-9:5.
• [3] P. Kumar, D.M. Barrett, M.J. Delwiche, P. Stroeve, Methods for pretreatment of lignocellulosic biomass for efficient hydrolysis and biofuel production, Industrial and Engineering Chemistry Research, 48(2009) 13-29. doi:10.1021/ie801542g.
• [4] L. Magnusson, R. Islam, R. Sparling, D. Levin, N. Cicek, Direct hydrogen production from cellulosic waste materials with a single-step dark fermentation process, International Journal of Hydrogen Energy, 33 (2008) 5398–5403. doi:10.1016/j.ijhydene.2008.06.018.
• [5] S.M. Kotay, D. Das, Microbial hydrogen production from sewage sludge bioaugmented with a constructed microbial consortium, International Journal of Hydrogen Energy, 35 (2010) 10653–10659. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.03.059.
• [6] I. Nopens, L. Benedetti, U. Jeppsson, M.-N. Pons, J. Alex, J.B. Copp, K. V. Gernaey, C. Rosen, J.-P. Steyer, P.A. Vanrolleghem, Benchmark Simulation Model No 2: finalisation of plant layout and default control strategy, Water Science and Technology, 62 (2010) 1967-1974. doi:10.2166/wst.2010.044.
• [7] M. Gupta, P. Velayutham, E. Elbeshbishy, H. Hafez, E. Khafipour, H. Derakhshani, M.H. El Naggar, D.B. Levin, G. Nakhla, Co-fermentation of glucose, starch, and cellulose for mesophilic biohydrogen production, International Journal of Hydrogen Energy, 39 (2014) 20958–20967. doi:10.1016/j.ijhydene.2014.10.079.
• [8] R.S. Prakasham, T. Sathish, P. Brahmaiah, Imperative role of neural networks coupled genetic algorithm on optimization of biohydrogen yield, International Journal of Hydrogen Energy, 36 (2011) 4332–9. doi:10.1016/j.ijhydene.2011.01.031.
• [9] N. Qureshi, B.C. Saha, R.E. Hector, B. Dien, S. Hughes, S. Liu, L. Iten, M.J. Bowman, G. Sarath, M.A. Cotta, Production of butanol (a biofuel) from agricultural residues: Part II - Use of corn stover and switchgrass hydrolysates, Biomass and Bioenergy, 32 (2010) 176–183. doi:10.1016/j.biombioe.2009.12.023.
• [10] G.L. Cao, W.Q. Guo, A.J. Wang, L. Zhao, C.J. Xu, Q.L. Zhao, N.Q. Ren, Enhanced cellulosic hydrogen production from lime-treated cornstalk wastes using thermophilic anaerobic microflora, International Journal of Hydrogen Energy. 37 (2012) 13161–13166. doi:10.1016/j.ijhydene.2012.03.137.
• [11] S. Chang, J.Z. Li, F. Liu, Evaluation of different pretreatment methods for preparing hydrogen-producing seed inocula from waste activated sludge, Renewable Energy, 36 (2011) 1517–1522. doi:10.1016/j.renene.2010.11.023.
• [12] P.B.N. Beukes, Effect of alkaline pre-treatment on enzyme synergy for efficient hemicellulose hydrolysis in sugarcane bagasse, Bioresource Technology 102 (2011) 5207–13. doi:doi:10.1016/j.biortech.2011.01.090.
• [13] P. Kongjan, S. O-Thong, M. Kotay, B. Min, I. Angelidaki, Biohydrogen production from wheat straw hydrolysate by dark fermentation using extreme thermophilic mixed culture, Biotechnology and Bioengineering, 105 (2010) 899–908. doi:10.1002/bit.22616.
• [14] R.K. Thauer, K. Jungermann, K. Decker, Energy Conservation in chemotrophic anaerobic bacteria, Bacteriological Reviews, 41 (1977) 100-180.
• [15] J.P. Dworzanski, R.M. Buchanan, J.N. Chapman, H.L.C. Meuzelaar, Characterization of Lignocellulosic Materials and Model Compounds By Combined Tg/(Gc)/Ft Ir/Ms, Symp. Pyrolysis Nat. Synth. Macromol, 36 (2006) 725–732.
• [16] G. Marbán, T. Valdés-Solís, Corrigendum to “Towards the hydrogen economy?”, International Journal of Hydrogen Energy, 32 (2008). doi:10.1016/j.ijhydene.2007.11.002.
• [17] K. Uyeda, J.C. Rabinowitz, Pyruvate-ferredoxin oxidoreductase. IV. Studies on the reaction mechanism, The Journal of Biological Chemistry, 246 (1971) 3120-3125.
• [18] B.B. Buchanan, Ferredoxin-Linked Carboxylation Reactions, The Enzymes, 6 (1972) 193-216. doi:10.1016/S1874-6047(08)60041-4.
• [19] H. Bothe, B. Falkenberg, U. Nolteernsting, Properties and function of the pyruvate: Ferredoxin oxidoreductase from the blue-green alga Anabaena cylindrica, Archives of Microbiology, 96 (1974) 291- 304. doi:10.1007/BF00590185.
• [20] B.J. Bachmann, Derivations and Genotypes of Some Mutant Derivatives of Escherichia coli K-12, in Escherichia Coli and Salmonella Typhimurium, Cellular and Molecular Biology, (1996). doi:http://dx.doi.org/10.1016/0968-0004(88)90241-1.
• [21] J. Knappe, H.P. Blaschkowski, P. Gröbner, T. Schmttt, Pyruvate Formate‐Lyase of Escherichia coli: the Acetyl‐Enzyme Intermediate, European Journal of Biochemistry, 50 (1974) 253-263. doi:10.1111/j.1432-1033.1974.tb03894.x.
• [22] P. Muri, I.G. Osojnik-Črnivec, P. Djinovič, A. Pintar, Biohydrogen Production from Simple Carbohydrates with Optimization of Operating Parameters, Acta Chimica Slovenica, 63 (2016) 154–164.doi:10.17344/acsi.2015.2085.
• [23] T. Assawamongkholsiri, A. Reungsang, Photo-fermentational hydrogen production of Rhodobacter sp. KKU-PS1 isolated from an UASB reactor, Electronic Journal of Biotechnology, 18 (2015) 221–230. doi:10.1016/j.ejbt.2015.03.011.
• [24] S. Sangyoka, A. Reungsang, C.-Y. Lin, Optimization of biohydrogen production from sugarcane bagasse by mixed cultures using a statistical method, Sustainalbe Environment Research, 26 (2016) 235–242. doi:10.1016/j.serj.2016.05.001.
• [25] S.I. Mussatto, M. Fernandes, I.M. Mancilha, I.C. Roberto, Effects of medium supplementation and pH control on lactic acid production from brewer’s spent grain, Biochemical Engineering Journal, (2008). doi:10.1016/j.bej.2008.01.013.
• [26] V.K. Garlapati, U. Shankar, A. Budhiraja, Bioconversion technologies of crude glycerol to value added industrial products, Biotechnology Reports, 9 (2016) 9–14. doi:10.1016/j.btre.2015.11.002.
• [27] K. Karimi, M.J. Taherzadeh, A critical review on analysis in pretreatment of lignocelluloses: Degree of polymerization, adsorption/desorption, and accessibility, Bioresource Technology, 203 (2016) 348–356. doi:10.1016/j.biortech.2015.12.035.
• [28] T. Watanabe, A. Suzuki, H. Nakagawa, K. Kirimura, S. Usami, Citric acid production from cellulose hydrolysate by a 2-deoxyglucose-resistant mutant strain of Aspergillus niger, Bioresource Technology, 66 (1998) 271-274. doi: 10.1016/S0960-8524(98)80029-1.
• [29] Cooke M, Hill E, Tw S, Poole CF. (Ed.), Encyclopedia of Separation Science, 2000.
• [30] F.D. Faloye, E.B. Gueguim Kana, S. Schmidt, Optimization of hybrid inoculum development techniques for biohydrogen production and preliminary scale up, International Journal of Hydrogen Energy, 38 (2013) 11765–11773. doi:10.1016/j.ijhydene.2013.06.129.
• [31] Kamiński M. Niepublilkowane wyniki badań własnych.
• [32] Badyda K., Skorygowany wzór Sutherlanda do obliczeń przewodności cieplnej gazów, Biuletyn Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej, 85 (1997) 45-54.

Uwagi

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