Roman Zagrodnik , Anna Duber , Krystyna Seifert: Hydrogen production during direct cellulose fermentation by mixed bacterial culture: The relationship between the key process parameters using response surface methodology Journal of Cleaner Production 314 (2021) 127971
Obecny system pozyskiwania energii bazuje na paliwach kopalnych, które są ekologicznie szkodliwe a ich rezerwy ograniczone. Wyczerpywanie zasobów paliw kopalnych zmusza świat do poszukiwania nowych, alternatywnych źródeł energii. Jednym z nich może być wodór, który jest czystym, wysokoenergetycznym paliwem, którego ciepło spalania wynosi 142,35 kJ g-1 i jest prawie 3 razy większe jak w paliwach węglowodorowych.
Podstawowym czynnikiem decydującym o zastosowaniu wodoru jako paliwa jest jego odnawialny i nieszkodliwy dla środowiska sposób pozyskiwania. Badania prowadzone nad tym zagadnieniem doprowadziły do opracowania wielu metod. Na szczególną uwagę zasługują biologiczne metody generowania wodoru. Zaletami tych procesów są: odnawialność, brak emisji toksycznych zanieczyszczeń, łagodne warunki prowadzenia procesu, niski koszt wytwarzania i możliwość utylizacji ścieków i odpadów, wykorzystywanych przez mikroorganizmy jako źródło węgla organicznego.
W publikacji dr Romana Zagrodnika i prof. Krystyny Seifert z Zakładu Technologii Chemicznej Wydziału Chemii UAM oraz dr Anny Duber z Politechniki Poznańskiej wykazano możliwość zastosowania celulozy, bez obróbki wstępnej, w procesie ciemnej fermentacji do wodoru przy udziale mieszanej kultury bakterii. Celem było wyznaczenie optymalnych parametrów procesu metodą Response Surface Methodology badając wpływ temperatury, stężenia buforu i stężenia substratu na ilość wydzielanego wodoru i wydajność procesu. Modelowanie wykazało, że najwyższą ilość wodoru 2,14 L H2/Lmedium można uzyskać stosując 13,5 g celulozy oraz bufor o stężeniu 79,5 mM w temperaturze 32,6oC. Jednak najwyższą wydajność procesu 2,71 mol H2/molhexose osiągnięto przy stężeniu celulozy 3,35 g/L i buforu 69 mM w temperaturze 32,9oC. Wyższe stężenia buforu (około 80 mM) obniżały produkcję wodoru ale pozytywnie wpływały na konsumpcję celulozy. Analiza mikrobiologiczna wykazała obecność bakterii: Ruminiclostridium papyrosolvens odpowiedzialnych za hydrolizę celulozy, Lachnoclostridium sp. związanych z produkcją etanolu przy wyższych stężeniach buforu oraz Caproiciproducens sp. związanych z produkcją kapronu przy niższych stężeniach buforu.
Przeprowadzone badania dają podstawę do jednoczesnej produkcji wodoru i kapronu z substratów lignocelulozowych.
