Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Mikroorganizmy jako producenci biowodoru: Od badań podstawowych do prac rozwojowych z dziedziny biotechnologii

Sikora Anna, Detman Anna

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2022

|

Nr 12

16--23

PL

Biowodór powstaje w wyniku aktywności metabolicznej mikroorganizmów w warunkach beztlenowych. W artykule omówiono szlaki metaboliczne produkcji biowodoru: biofotolizę, fotofermentację i ciemne fermentacje. Szczególny nacisk położono na procesy produkcji biowodoru na etapie kwasogenezy beztlenowego rozkładu biomasy (ciemna fermentacja i konwersja mleczanu i octanu do maślanu) jako obiecującą metodę produkcji biowodoru. Produkcja biowodoru taką metodą charakteryzuje się niską wydajnością i wymaga ograniczenia procesów konkurencyjnych, głównie innych typów fermentacji kwaśnych. Produkcja biowodoru na etapie kwasogenezy jest możliwa w instalacjach dwu - lub wieloetapowych, w których etap kwasogenezy jest oddzielony czasowo i przestrzennie od etapów acetogenezy i metanogenezy. Przedstawiono prace nad tego typu technologią na przykładzie dwuetapowej instalacji produkcji biowodoru i biometanu na drodze beztlenowego rozkładu produktów ubocznych przemysłu cukrowniczego opracowanej w jednostce naukowej i rozwijanej przez partnera przemysłowego. Omówiono wyzwania i ograniczenia produkcji biowodoru, zwłaszcza na etapie kwasogenezy. Zdefiniowano powody niedojrzałości technologii produkcji biowodoru i pozostawanie ich ciągle na etapie badawczo-rozwojowym w porównaniu do zaawansowanych, wdrażanych rozwiązań produkcji biogazu.

EN

Biohydrogen is produced by the metabolic activity of microorganisms under anaerobic conditions. The article discusses the metabolic pathways of biohydrogen production: biophotolysis, photo-fermentation, and dark fermentations. Special emphasis was put on biohydrogen production processes at the acidogenesis stage of anaerobic digestion (dark fermentation and conversion of lactate and acetate to butyrate) as a promising method of biohydrogen production. The production of biohydrogen by such a method has low yields and requires the reduction of competing processes, mainly other types of acid fermentation. Production of biohydrogen at the acidogenesis stage is possible in two-stage or multi-stage systems, in which the acidogenesis stage is separated in time and space from the acetogenesis and methanogenesis stages. The work on such a technology is presented using the example of a two-stage installation for the production of biohydrogen and biomethane by anaerobic digestion of sugar industry by-products developed at a research unit and being developed by an industrial partner. Challenges and limitations of biohydrogen production were discussed, especially at the acidogenesis stage. Reasons for the immaturity of biohydrogen production technologies and their still remaining in the research and development stage compared to advanced, implemented biogas production solutions were discussed.

2

Methane and hydrogen production from potato wastes and wheat straw under dark fermentation

Sołowski Gaweł, Konkol Izabela, Shalaby Marwa, Cenian Adam

Chemical and Process Engineering

|

2021

|

Vol. 42, nr 1

3-–13

EN

Batch dark fermentation of wheat straw and boiled potato wastes at volatile suspended solids (VSS) 5 g VSS/L are examined and compared. Investigations on dark fermentation of potatowastes and wheat straw were carried out at different pH and OFR (oxygen flow rate) values and inoculum pretreatment. The obtained hydrogen yield from waste potato was 70 mL/g VSS, while for hydrolysed wheat straw it amounted to 80 mL/g VSS. The optimum conditions for potato dark fermentation are acidic pH 6.0 and OFR 1.0 mL/h, while for the wheat straw, optimal conditions are pH 6.4 and OFR 4.6 mL/h. The comparison revealed a significant difference in hydrogen production due to the type of substrate, inoculum stressing and DF conditions applied.

3

Current State, Challenges and Perspectives of Biological Production of Hydrogen in Dark Fermentation Process in Poland

Kozłowski Kamil, Lewicki Andrzej, Malińska Krystyna, Wei Qiao

Journal of Ecological Engineering

|

2019

|

Vol. 20, nr 2

146--160

EN

The increasing demand for electrical energy and environmental concerns associated with conventional means of its generation drive the interest in alternative fuels. Biohydrogen, widely considered as fuel of the future, is one of such alternatives. To date, research results suggest that biological routes are the most promising for hydrogen production, especially dark (hydrogen) fermentation. Hydrogen fermentation can be performed with agricultural and food processing wastes as substrates. In this paper the most important factors influencing dark fermentation are reviewed and analyzed. These are: pH, partial pressure, temperature, and retention time. The biohydrogen generation efficiency is also presented with respect to different substrates. It should be also pointed out that many factors are still unknown; thus, the process requires conducting further research.

4

Perspectives of hydrogen production from corn wastes in poland by means of dark fermentation

Sołowski Gaweł, Konkol Izabela, Cenian Adam

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2019

|

Vol. 26, nr 2

255--263

EN

A model for calculating the maximal theoretical production of hydrogen from corn wastes is proposed. The model has been used to estimate the potential for hydrogen production from cereals wastes such as wheat, barley, and corn which are cultivated in Poland. The potentials for Pomorze and other regions of Poland are compared. The hydrogen produced from cereal wastes in Poland could potentially meet 47 % of national hydrogen demand.

5

Hydrogen Production in Institute of Fluid Machinery of Polish Academy of Science in Gdańsk — theory and practice

Sołowski G., Czylkowski D., Hrycak B., Siuzdak K., Pastuszak K., Cenian A.

Eco-Energetics : technologies, environment, law and economy

|

2019

|

T. 2

135--144

EN

The hydrogen production technologies developed in the Institute of Fluid-Flow Machinery, Polish Academy of Sciences in Gdańsk are discussed here. They include the following methods: dark fermentation, photoelectrochemical water oxidation and hydrocarbons (or alcohols) reforming by microwave plasma. The potential of hydrogen production by using dark fermentation of different popular wastes such as: agricultural wastes, textile or wood waste, was determined using suitable models. Also, the influence of microaeration during dark fermentation of some substrates, e.g. sour cabbage, was tested. Photochemical oxidation is a water-splitting process driven by radiation at the surface of a titanium-oxide anode. The Si microrods covered by titania films were verified as a photoanode material. The hydrogen production from methane, ethanol, isopropanol and kerosene was driven by a microwave plasma. The results obtained confirm that microwave plasma sources have a high potential for hydrogen production via gaseous and liquid fuels reforming.

6

Laboratoryjny bioreaktor z systemem kontroli pH do badań nad wytwarzaniem wodoru w procesie ciemnej fermentacji

Szulczyński Bartosz, Kucharska Karolina, Kamiński Marian

Aparatura Badawcza i Dydaktyczna

|

2019

|

T. 24, nr 1

38--46

PL

W pracy przedstawiono konstrukcję niskokosztowego bioreaktora badawczego wyposażonego w system kontroli i regulacji pH. Zaprezentowano jego wykorzystanie do badania produkcji wodoru w procesie fermentacji ciemnej z zastosowaniem Enterobacter aerogenes ATCC 13048. W pracy porównano wyniki uzyskane przy prowadzeniu procesu bez i z regulacją pH dla różnych materiałów wsadowych: glukozy, hydrolizatów topoli energetycznej, serwatki kwaśnej i glicerolu. Wykazano, że wykorzystanie zaproponowanej konstrukcji bioreaktora do badania procesu fermentacji ciemnej jest w pełni zasadne i celowe. Zaobserwowano również, że zastosowanie regulacji pH powoduje wydłużenie fazy wzrostu wykładniczego o około 12 godzin, co pozwala na zwiększenie ilości wytworzonego wodoru.

EN

The work presents the construction of a low-cost research bioreactor equipped with a pH control system. Its use was presented for the study of hydrogen production in the dark fermentation process using Enterobacter aerogenes ATCC 13048. Presented paper compares the results obtained during the process without and with pH regulation for different fees materials: glucose, energetic poplar hydrolysates, acid whey and glycerol. It has been shown that the use of the proposed bioreactor design to study the dark fermentation process is fully justified and purposeful. It has also been observed that the use of pH regulation resulted in a longer log phase of about 12 hours, which increased the amount of hydrogen produced.

7

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

Kucharska Karolina, Słupek Edyta, Kamiński Marian

Aparatura Badawcza i Dydaktyczna

|

2019

|

T. 24, nr 1

4--13

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].

8

Effect of pH on the production of volatile fatty acids in dark fermentation process of organic waste

Grzelak J., Ślęzak R., Krzystek L., Ledakowicz S.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2018

|

Vol. 25, nr 2

295--306

EN

The aim of this study was to investigate the effect of pH on the dark fermentation process of kitchen waste by specifying the composition of the volatile fatty acids (VFA), H2 and by drawing the carbon balance. Studies were carried out in 8 dm3 batch bioreactor in mesophilic conditions. The kitchen waste from the city of Lodz were used as a substrate. Based on the study, it was observed that most of the VFA was produced during the first two days of the process, while in the following days the production was diminished. The highest production of VFA (19.5 g/dm3) was obtained in the bioreactor, where the pH was 7 and 8. Analyzing the produced VFA it was observed that mostly the acetic and butyric acid had been produced. Most of acetic acid (over 70 %) was obtained in fermenter with pH 7 and 8. In contrast, most of the butyric acid (over 40 %) was in the bioreactor with a pH of 6. Production of H2 was in the range from 4.29 to 26.5 dm3, wherein the largest amount of H2 was created in the bioreactor with a pH of 6.

9

Metodyka rozdzielania i oznaczania lotnych inhibitorów fermentacji w brzeczkach fermentacyjnych ciemnej fermentacji, techniką GC-MS

Makoś P., Słupek E., Kamiński M.

Camera Separatoria

|

2018

|

Vol. 10, No. 2

64--80

PL

W pracy przedstawiono opracowaną w wyniku badań metodykę identyfikacji i oznaczania inhibitorów fermentacji w brzeczkach fermentacji ciemnej z biomasy ligno-celulozowej, z wykorzystaniem ekstrakcji ciecz-ciecz w sprzężeniu z chromatografią gazową ze spektrometrem mas (LLE-GC-MS). W ramach badań dokonano doboru korzystnych warunków ekstrakcji ciecz-ciecz, w tym: pH, objętości rozpuszczalnika ekstrakcyjnego, czasu ekstrakcji oraz warunków wirowania. Opracowana metodyka charakteryzuje się niskimi wartościami granicy wykrywalności (0,0086 – 3,75 mg/L) i oznaczalności, dobrą powtarzalnością i szerokim zakresem liniowości. W próbkach brzeczek fermentacyjnych, zidentyfikowano trzy inhibitory fermentacji (furfural, gwajakol i syringol) w stężeniach w zakresie od 0,04 do 2,45 mg/L. Dodatkowo, osiem innych inhibitorów, w tym głównie lotne kwasy tłuszczowe w stężeniach od 2,86 do 956 mg/L zidentyfikowano w brzeczkach, w trybie SCAN. Wyniki badań, wskazują na konieczność monitorowania przebiegu procesu fermentacji ciemnej w zakresie powstawania inhibitorów fermentacji, których obecność wpływa toksycznie na mikroorganizmy wytwarzające biowodór.

EN

The paper presents the method for the qualitative and quantitative determination of fermentation inhibitors in fermentation broths for bio-hydrogen, using liquid-liquid extraction and gas chromatography with mass spectrometry (LLE-GC-MS). Initially, the extraction parameters were optimized. These included: pH, volume of extraction solvent, pH, extraction time as well as speed of centrifugation. The developed method has low detection limits (0,0086 – 3,75 mg/L), and determination, good repeatability and a wide range of linearity. In fermentation broth samples, three fermentation inhibitors (furfural, guaiacol and syringol) were identified in concentrations ranging from 0.04 to 2.45 mg/L. In addition, eight more inhibitors, mainly volatile fatty acids in concentrations from 2.86 to 956 mg/L, were identified in fermentation broth, using the SCAN mode. The paper demonstrates the need for monitoring inhibitors in fermentation broth during dark fermentation process, due to the fermentation inhibitors are toxic to biohydrogen-producing microorganisms.

10

Analiza składu fazy gazowej wytwarzanej podczas fermentacji ciemnej

Rybarczyk P., Kucharska K., Pawłowicz R., Kamiński M.

Camera Separatoria

|

2017

|

Vol. 9, No. 2

73--81

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.

11

Zastosowanie wodorowego gazu otrzymanego w wyniku kwaśnej fermentacji melasy z przemysłu cukrowniczego do zasilania ogniwa paliwowego

Piela P., Tokarz W., Kaźmierczak W., Detman A., Sikora A., Piotrowski J.

Przemysł Chemiczny

|

2016

|

T. 95, nr 5

993--999

PL

Przedstawiono wyniki badań działania ogniwa paliwowego z elektrolitem polimerowym zasilanego powietrzem oraz gazem wodorowym pochodzącym z fermentacji melasy, produktu ubocznego przemysłu cukrowniczego. Sprawdzono wydajność konwersji energii w ogniwie w różnych warunkach, także odpowiadających minimalnym nakładom energetycznym na przygotowanie reagentów, tzn. bez wstępnego oczyszczania wodorowego gazu fermentacyjnego, przy wolnym przepływie powietrza, a także bez stosowania sprężania reagentów i w niskiej temperaturze pracy.

EN

Polymer electrolyte membrane fuel cell was supplied with air and a H2-rich gas obtained by microbial fermentation of molasses from the sugar industry. The energy conversion performance in the fuel cell was examd. under various conditions, including minimum energy input necessary for the prepn. of the gaseous reagents (without pre-cleaning of the fermentation gas, at low airflow, without pressurizing the reagents, and at low fuel cell temp.). The H2 conversion degree was near 100% but decreased even down to 40% during the fuel cell operation time because of flooding of the anode.

12

Different types of energy conversion for biohydrogen production processes

Kuzminskiy Y., Shchurska K., Samarukha I., Łagód G.

Proceedings of ECOpole

|

2011

|

Vol. 5, No. 2

389--394

EN

Increased environmental problems as well as growing fuel and energy demand encourage the international community to effectively search for new energy technologies that would ensure an acceptable level of pollution and, simultaneously, would not limit economical growth. The key position in solving this problem is occupied by hydrogen energy, ie hydrogen production and use of fuel cells in industry, construction, transportation, housing and other sectors of the economy. So it is possible to say that hydrogen becomes a promising alternative energy carrier to fossil fuels, since it is clean, renewable, contains high energy content and does not contribute to greenhouse effect. Biological hydrogen production is one of the most challenging areas of technology development for sustainable generation of gaseous energy. The present study critically updates various biohydrogenation processes with special references to their advantages and disadvantages. Different approaches towards improvement of the bioprocesses are also outlined. The presented study reviews biohydrogen systems, molecular and genetic aspects of hydrogen production and technologies of biohydrogen production.

PL

Narastające problemy środowiskowe, a także wzrastające zapotrzebowanie na energię oraz jej nośniki w postaci paliw zmuszają do wzmożonych badań nad nowymi technologiami energetycznymi. Technologie takie z jednej strony powinny zapewnić akceptowalny poziom emisji zanieczyszczeń, z drugiej zaś nie ograniczać jednocześnie wzrostu ekonomicznego. Jednym z kluczowych sposobów rozwiązania problemów energetycznych wydaje się wykorzystanie wodoru jako nośnika energii. W powiązaniu z tym zagadnieniem rozważane są kwestie odnoszące się do produkcji wodoru oraz wykorzystania zawierających go ogniw paliwowych w przemyśle, budownictwie, transporcie, gospodarstwach domowych oraz wielu innych sektorach gospodarki. Wodór staje się obiecującym alternatywnym nośnikiem energii, zdolnym w przyszłości zastąpić paliwa kopalne z uwagi na swój wysoki potencjał energetyczny, odnawialność oraz „czystość” generowanej energii, której wykorzystanie nie powoduje efektu cieplarnianego. Produkcja wodoru za pomocą metod biologicznych jest jednym z obszarów rozwoju technologii, szczególnie ważnym w kontekście zrównoważonej produkcji energii. Prezentowane opracowanie zawiera przegląd ważniejszych metod i procesów biologicznych, umożliwiających produkcję wodoru, korzystających z różnych mechanizmów konwersji energii. W pracy przedstawiono różne podejścia mające na celu udoskonalenie wspomnianych biotechnologii, omówiono również molekularne i genetyczne aspekty produkcji wodoru.

13

Mikrobiologiczne wytwarzanie wodoru z glicerolu

Szewczyk K. W., Nowakowski T.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2009

|

Nr 3

113-114

PL

Wykorzystano hodowlę ciągłą beztlenowego osadu dla uzyskania populacji drobnoustrojów zdolnych do prowadzenia fermentacji wodorowej glicerolu. Drobnoustroje wykorzystano w fermentacji prowadzonej w reaktorze kolumnowym typu UASB. Uzyskano 22% redukcję ChZT oraz wydajność wytwarzania wodoru względem glicerolu 0,49 g/g. Słowa kluczowe: biowodór, ciemna fermentacja, glicerol

EN

Continuous culture has been used to select microorganisms which are capable to produce hydrogen from glycerol. Selected microorganisms have been used in the UASB reactor. The COD removal of 22% was obtained. The hydrogen yield with respect to glycerol was equal to 0.49 g/g.

14

Biologiczna produkcja wodoru z odpadów

Janosz-Rajczyk M., Piotrowska P.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2006

|

T. 9, nr 3

301-314

PL

Zaprezentowano wybrane sposoby pozyskiwania wodoru. Na obecnym poziomie wiedzy uważa się, że procesem, który w praktyce może być wykorzystany do likwidacji odpadów organicznych, jest fermentacja. W pracy przytoczono dane eksperymentalne, które wskazują, że możliwe jest uzyskanie nawet od 0,5 do 2,5 mola wodoru z organicznych substratów w przeliczeniu na mol glikozy. Wyższą wydajność produkcji (do około 4 mole H2/mol C6H12O6) uzyskuje się wówczas, gdy proces prowadzi się z udziałem czystych kultur drobnoustrojów oraz w zakresie temperatur termofilowych. W pracy przytoczono opinie wielu autorów, którzy podkreślają, że w rozwiązaniach technicznych, ze względu na łatwiejsze prowadzenie procesu korzystniejsze jest użycie mieszanej populacji drobnoustrojów niż czystych kultur. Specjaliści uważają, że do najważniejszych czynników warunkujących wysoką wydajność procesu należą: utrzymanie odpowiednio niskiego ciśnienia parcjalnego wodoru nad roztworem hodowlanym, niskiego stężenia tlenu oraz utrzymanie pH w zakresie od 5 do 6, a także odpowiednie dawkowanie żelaza.

EN

Nowadays, fossil fuels provide the most of world's energy demands. The great disadvantage of conventional fuels is that they all contain carbon what is the reason of carbon dioxide (CO2) emission and, what is more, of global warming. That is the reason why other alternative fuels are being investigated. One of the possible energy carrier is hydrogen. Hydrogen can be produced from a variety of sources, like oil, coal, natural gas, biomass, and water. This literature survey shows the main biological methods of hydrogen production. Biological hydrogen production can be classified into two groups: light driven processes and dark processes. All processes are controlled by enzymes such as hydrogenase or nitrogenase. One of the most promising hydrogen approaches is the conversion of organic wastes from sewage treatment plant. Biological dark fermentation is a promising hydrogen production method that can be also applied for organic wastes utilization purposes. Due to the fact that solar radiation is not a requirement, hydrogen production by dark fermentation does not demand much area and is not affected by the weather condition. Hence, the feasibility of the technology causes that commercial interest is growing. Experimental evidences, shown in that work, indicate that even 0.5 ÷ 2.5 mole of hydrogen can be produced from organic substrates such as glucose. Maximum hydrogen yields (to about 4 mol H2/mol C6H12O6) were achieved from organic material by pure cultures of microorganisms at thermophilic temperatures. However, pure cultures are less useful for industrial purposes because of an easier possibility of contamination. Dark fermentation can be control by following parameters: pH (between 5 and 6), temperature about 50°C. Other factor that influences on hydrogen production is Fe²+ concentration. Tests investigated by Ren and others showed that the iron adding every two days could improve the hydrogen yield. To obtain hydrogen production also conditions of low hydrogen partial pressure and low concentration of O2 should be assure.