Производство био-водорода с помощью ферментации

Водород — чистый и эффективный энергоноситель для транспорта, отопления и накопления энергии. Сейчас его производят в основном из ископаемого топлива. Чтобы он стал «зелёным», нужны технологии получения из возобновляемых источников, таких как биомасса.

Гидролизаты лигноцеллюлозной биомассы, богатые сахарами, можно использовать для производства водорода в процессе тёмной ферментации с помощью бактерий. Это решает две задачи: утилизация отходов и одновременное получение энергии. Однако процесс требует оптимизации для экономической целесообразности.

В статье в Bioresource Technology доктора Загродника описано исследование влияния времени гидравлического удержания (HRT) и уровня pH на производство водорода в непрерывном биореакторе. Это позволило изучить взаимозависимость параметров. В качестве субстратов использовали целлобиозу, ксилозу и арабинозу — сахара, часто встречающиеся в лигноцеллюлозных гидролизатах.

Процесс проводили со смешанной бактериальной культурой для одновременного использования разных субстратов. При сокращении HRT наблюдали увеличение скорости производства водорода. Также показано, что оптимальный pH зависит от HRT.

Исследование показало, что смесь сахаров, имитирующая лигноцеллюлозные гидролизаты, успешно используется в тёмной ферментации с высокой скоростью производства водорода при pH 6.0 и 6.5. Более низкие скорости при pH 5.0 в основном были вызваны слабым потреблением арабинозы.

Кроме того, в отличие от HRT, условия pH значительно влияли на состав бактериального сообщества. Доминирующими микроорганизмами были Clostridium beijerinckii и Clostridium guangxiense.

Полученные результаты позволят внедрить биологические методы производства водорода в более крупных масштабах.