Wiley жаңартылатын энергия
Қараңғы ферменттеуден (DF) сутегін алу
жүктеу/скачать 4,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| 11.5.4 Қараңғы ферменттеуден (DF) сутегін алу
Үш биологиялық процестердің ішінде ең жоғары дәрежелі конверсиясы бар кенеттен қараңғы ферменттеу болатынын назарға ала отырып, өндіру төмен болады, ал конверсия толық болмайды. Ол соңғы өнім ретінде майлы ұшпа қышқылдары мен спирттердің пайда болуына әкеледі. Осылайша, қараңғы ферменттеу (16 мДж/кг және 120 мДж/кг сәйкесінше глюкоза мен сутегін энергетикалық негізде ұстап тұру) энергиясы үшін шикізатты басып алу тиімділігі 33% шамасында құрайды. Сутегін өндіру процестерін салыстырудың негізгі факторы болып энерготасымалдаушы болып қызмет ететін бастапқы шикізаттан соңғы өнімге дейін көшірілетін электрондар саны мен процесс кезінде энергияның жиынтық өсімі табылады. Биофотолиз бен фотоферменттеу кезінде субстраттың барлық электронды эквиваленттілігі сутегіге бағытталған шақта, қараңғы ферменттеу кезінде шикізатта электронның тек бөлігі ғана сутегіге бағытталады. Себебі электрондардың басым көпшілігі органикалық соңғы өнімдерге бағытталады, мысалы, майлы ұшпа қышқылдар мен спирттер. Бұл кемшіліктерге қарамастан қараңғы ферменттеу басқа екі фототрофты процестерге қарағанда қолайлырақ деп танылды. Себебі ол процестермен басқару үшін сыртқы энергияны немесе қажет жарықты алу үшін үлкен бет аймағын талап етпейді. Ол энергетикалық өнімділік пен қалдықтарды тұрақтылық қос функциясын орындайтын шикізат ретінде органикалық қалдықтарды пайдалану үшін бар реакторлық технологиялардың артықшылықтарын пайдалана алады. Фототрофты процестермен салыстырғанда қараңғы ферменттеу процесінің қосымша артықшылықтары, сонымен қатар, өзіне бөлшектерден тұратын органикалық шикізатты меңгеру және күні бойы әрекет ететін қабілетін қосады. Қараңғы ферменттеу кезінде бастапқы шикізат ретінде әр түрлі қалдықтар пайдаланылуы мүмкін, мысалы, пальма майын өндіруде алынатын сұйық қалдықтар, қатты тұрмыс қалдықтары, тағам қалдықтары және ірімшік сарысуы. Анаэробты тұнба, тұнба тыңайтқышы, ағын сулардың қалдығы және топырақ сутегін ферменттік алу процесінде инокуляттар ретінде кеңінен таралған. Себебі олардың құрамында әр түрлі бактериялар бар. Ол бактериялардан тиісті байытудан кейін сутегін өндіретін бактериялар алынуы мүмкін. Ферменттеу өнімдері температура мен pH сияқты жұмыс параметрлеріне байланысты. Сутегін өндіру процесі кезінде төрт параметр жиі зерттелді, соның ішінде: pH, температура, гидравликалық ұстап қалу уақыты (HRT) және концентрация немесе жүктеудің органикалық жылдамдығы. Ву және авторластар (2010) микроағзалардың көзі ретінде сиыр көңін тыңайтқышын пайдаланған [13]. Көрсетілген рН оңтайлы мәні әр түрлі пайдаланылатын штаммдарға байланысты 4,0-тен 9,0-ге дейін құрайды. Гидравликалық ұстап қалу уақыты (HRT) үздіксіз жұмыс тиімділігіне әсер ететін негізгі фактор болып саналады. Экономикалық пайданы қарастырған кезде гидравликалық ұстаудың неғұрлым қысқа уақыты жақсырақ. Температура сутегі бөлінуіне әсер етеді. Өйткені гидрогеназа температураның тар диапазонында белсенді. Көптеген зерттеулерде сутегін өндіру үшін температура 30 және 37 ° C аралығында орнатылған. Го және авторластар (2010) анаэробтық ферменттеу арқылы целлюлозадан экономикалық тұрғыдан тиімді сутегін құрды [14]. Бірінші кезекте, Trichoderma viride арзан биомассасынан қатты фазалы ферменттеу (SSF) көмегімен целлюлоза гидролизі үшін пайдаланылатын целлюлаза алынған. ылғалды ұстап тұрі, инокуляттар мөлшері және өсіру уақыты сияқты арзан биомассада целлюлозаны өндіру үшін кейбір мәдениет шарттары зерттелген. Сутегінің максималды шығуы 122 мл/г-TVS субстраттың 20 г/л концентрациясы мен 53 сағат өсіру кезінде алынған. Бұл мөлшер шикі жүгері сабақтары қалдықтарына қарағанда шамамен 45 есе көп болды. Биогазда сутегі мөлшері 44-57% көл./көл. құрады, және едәуір мөлшердегі метан байқалмады. Антонопулу және авторластар (2010) биореакторда үздіксіз араласумен бал жүгері сіріндісі қантынан сутегін ферментті өндіруіне рН әсері деп өз зерттеулерін топтады [15]. Сутегін өндіруде ең жоғары жылдамдық пен өңдеу рН-5,3 кезінде алынды. Басқа зерттеу кезінде Цуй және авторластар (2010) әр түрлі әдіспен алдын ала өңделген терек жапырақтарын 35°С температура кезінде анаэробты аралас пайдаланумен сутегіне айналдыру бойынша тәжірибелер өткізді [16]. Терек жапырақтарын қанттануға қышқылды, сілтілі және ферменттік алдын ала өңдеу әсері зерттелді. Құрғақ терек жапырақтардан сутегінің максималды тұтас шығу көрсеткіші 44,92 мл/г дейін жеткен. Басқа жұмыста Кастелло және авторластар (2013) субстрат ретінде ірімшік сарысуын қолданумен сутегін алу үшін 205 тығыз қабатты анаэробты реактордың конфигурациясын қолданды [17]. Микробиологиялық құрамы реактордың жұмысымен байланысты болды. Органикалық заттар бойынша үш тіркелген жүктеу жылдамдығы қолданылды: 24 сағат гидравликалық ұстап қалу уақыты кезінде 22, 33 және 37 г ХПК/л-1. 22 г ХПК бастапқы көрсеткішінен 37 г ХПК дейін органикалық ластанумен жүктеме жылдамдығын арттыру және 5 рН мөлшерінен асатындай қиылыстыру 1 л Н көрсеткішіне дейін жеткізуде және сутегін өндіруде оң әсерін тигізді. Барлық зерттелген шарттарда сутегі өндірісі тұрақты болатын, және осы типті реакторларда жиі хабарлайтын мәселелер (сүзгінің бітелуі, метаногенез және еріткіш өндірісі) жұмыс уақытында байқалған жоқ. Сутегінің максималды шығу көрсеткіші 1,1 моль Н2/моль лактозаны құрады, бұл максималды теориялық көрсеткіштен (Н2/моль лактозаға 8 моль) әлдеқайда алыс. Бірақ субстрат ретінде ірімшік сарысуын қолданумен алдыңғы жұмысқа ұқсас. Микробиологиялық талдау сутегін өндіретін ферменттер (Clostridium и Klebsiella) мен басқа сутегі емес ағзалардың аралас популяциясын төмен үлеспен көрсетті. Инокуляттар ретінде органикалық топырақты қолданумен мерзімдік режимде анаэробты ферменттеу көмегімен Лю мен авторластар (2013) глицеринді биодиздельді отын қалдықтары ағымынан құнды өнімдерге (мысалы, сутегі мен 1,3-пропандиол (1,3-PD)) айналдыруды зерттеген [18]. 1,3-PD сұйық фазасы мен бу фазасын енгізу құрылғысында сутегін өндіруді сутегін әр түрлі ұстап қалу уақытында (HyRT) зерттеді. Олар газды жинау интервалымен (GCI) және газ жинаудың бастапқы уақыт сәттері (IGCT) көмегімен бақыланды. Биодизельді глицеринді тазартудың екі сатысы (P2 және P3) үш концентрацияда (3, 5 және 7 г/л) сынақтан өтті. Ұзағырақ HyRT (ұзағырақ GCI және одан ұзағырақ IGCT) сутегінің төменірек шығуына, бірақ 1,3-PD жоғары шығуына әкелді. P3 глицерині 7 г/л концентрациясында GCI/IGCT кезінде ең жоғары 1,3-PD шығуы болды (тұтынатын глицеролдың 0,65 моль/моль), ол 20 ч/65 сағ тең, және 2,5 ч/20 сағ GCI/IGCT кезінде ең жоғары сутегінің шығуы (тұтынатын глицеролдың 0,75 моль/моль) тиісінше. Аралас тәртібіндегі кинетикалық моделі 1,3-PD мен сутегін өндіруге GCI/IGCT әсерін модельдеу үшін әзірленді. Нәтижелер сутегі өндірісін глицериннің анаэробты ферменттеу кезінде HyRT реттей отырып оңтайландыруға болатындығын көрсетті. жүктеу/скачать 4,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|