Immobilized bacteria cultures in continuous fermentative hydrogen production

Wydział ChemiiRozwiązaniem problemu ograniczonej dostępności i wysokich cen paliw kopalnych jest wykorzystanie odnawialnych źródeł energii. Jednak niezależnie od źródła energia musi zostać dostarczona do użytkownika poprzez wydajny nośnik, który może zostać użyty w szerokiej gamie zastosowań. Uważa się, że wodór jest obiecującym nośnikiem energii przyszłości. Biologiczna produkcja wodoru jest alternatywą dla innych odnawialnych metod jego otrzymywania. Ciemna fermentacja pozwala na wykorzystanie szerokiego zakresu substancji organicznych do wytwarzania wodoru oraz kwasów organicznych jako produktów ubocznych. Natomiast fotofermentacja prowadzona przez purpurowe bakterie bezsiarkowe pozwala wykorzystać produkty uboczne ciemnej fermentacji (głównie kwas masłowy i octowy) do produkcji dodatkowych ilości wodoru, dzięki wykorzystaniu energii słonecznej. Połączenie tych dwóch procesów pozwoliłoby osiągać wydajności wynoszące 12 mol H2/molglukozy. Z tego powodu kluczowym celem niniejszej dysertacji było stworzenie i zbadanie jednoetapowego systemu hybrydowego opartego na połączeniu metody ciemnej i jasnej fermentacji w jednym bioreaktorze. Ponadto zbadano możliwość immobilizacji mikroorganizmów na różnych nośnikach. Głównym zadaniem była optymalizacja procesu tak, aby otrzymywać maksymalną produkcję wodoru, przy maksymalnym wykorzystaniu związków organicznych z pożywki. Badania skupiały się na poznaniu wpływu parametrów takich jak: pH, temperatura, intensywność światła czy hydrauliczny czas retencji na produkcję wodoru i skład wytworzonych metabolitów ciekłych.The solution to limited fossil fuel supply is utilization of renewable energy sources. However, regardless of the source, the energy has to be delivered to the user through an efficient carrier, that can be used in a wide range of applications. Hydrogen is considered to be one of the most promising fuels of the future, and a potential substitute for fossil fuels. Biological hydrogen production provide an alternative method for generation of renewable hydrogen. Anaerobic bacteria produce H2 during dark fermentation of complex organic substrates by using protons as an electron sink. The by-products are mainly composed of volatile fatty acids (VFAs). However, VFAs could be utilized for additional H2 production during photofermentation process. Integration of these two bioprocesses could theoretically yield 12 mol of H2 per 1 mol of glucose, so they offer a dual function of waste reduction and hydrogen energy production. The main aim of this thesis was to create and investigate a single-stage continuously operated hybrid system based on a combination of dark and photo fermentation. In addition, immobilization of microorganisms on different carriers and a combination of different bacterial strains was studied. The main idea of this PhD thesis was optimization of the processes to obtain maximum production of hydrogen, with a maximum degree of reduction of organic compounds in the medium. Research was focused on understanding the influence of basic parameters such as pH, temperature, light intensity and hydraulic retention time on hydrogen production and composition of cellular metabolites in the tested systems