Fotofermentace - Photofermentation

Fotofermentace je fermentační přeměna organického substrátu na biovodík projevuje různorodou skupinou fotosyntetický bakterie sérií biochemické reakce zahrnující tři kroky podobné anaerobní přeměna. Fotofermentace se liší od temné kvašení protože probíhá pouze za přítomnosti světlo.

Například fotofermentace s Rhodobacter sphaeroides SH2C (nebo mnoho dalších fialových nesirných bakterií[1]) lze použít k přeměně malomolekulárních mastných kyselin na vodík[2] a další produkty.

[3] Zobrazuje obecný proces fotofermentace.


Dráhy závislé na světle

Fototropní bakterie

Fototropní bakterie vyrábět plynný vodík fotofermentací, kde je vodík získáván z organických sloučenin.[4]

[4]

Fotolytičtí výrobci

Fotolytický producenti jsou podobní fototrofům, ale získávají vodík z molekul vody, které se štěpí při interakci organismu se světlem.[4] Producenti fotolytiky se skládají z řas a určitých fotosyntetických bakterií.[4]

(řasy)[4]

(fotolytické bakterie)[4]

Udržitelná výroba energie

Jako metoda výroby biopaliva byla zkoumána fotofermentace pomocí fialových bakterií produkujících nesir.[5] Přírodní produkt fermentace těchto bakterií, plynný vodík, lze využít jako zdroj energie zemního plynu.[6][7] K výrobě bioethanolu se mimo jiné alternativy kapalných paliv používá fotofermentace pomocí řas místo bakterií.[8]

Základní principy bioreaktoru. Fotofermentační bioreaktor by neobsahoval vzduchovou cestu.

Mechanismus

Bakterie a jejich zdroj energie jsou drženy v a bioreaktor komora nepropustná pro vzduch a kyslík.[7] Správná teplota pro bakteriální druhy se udržuje v bioreaktoru.[7] Bakterie jsou udržovány pomocí sacharidové stravy skládající se z jednoduchých sacharid molekuly.[9] Sacharidy jsou obvykle získávány ze zemědělského nebo lesnického odpadu.[9]

Variace

Zobrazení řas (druhy neuvedené) v bioreaktoru vhodném pro výrobu bioethanolu.

Kromě forem divokého typu Rhodopseudomonas palustris, scientists použili geneticky modifikovaný formy, které také produkují vodík.[5] Mezi další průzkumy patří rozšíření systému bioreaktoru o kombinaci bakterií, řasy nebo sinice.[7][9] Výroba ethanolu se provádí řasami Chlamydomonas reinhardtii, mimo jiné v cyklistickém světlém a tmavém prostředí.[8] Cyklus světelného a tmavého prostředí byl také zkoumán s bakteriemi pro výrobu vodíku, což zvyšuje výtěžek vodíku.[10]

Výhody

Bakterie jsou obvykle krmeny rozloženým zemědělským odpadem nebo nežádoucími plodinami, jako je vodní salát nebo melasa z cukrové řepy.[11][5] Velké množství takového odpadu zajišťuje stabilní zdroj potravy pro bakterie a produktivně využívá lidský odpad.[5] Ve srovnání s temné kvašení, fotofermentace produkuje více vodíku na reakci a vyhýbá se kyselým konečným produktům tmavé fermentace.[12]

Omezení

Primární omezení fotofermentace jako udržitelného zdroje energie vychází z přesných požadavků na udržení bakterií v bioreaktoru.[7] Vědci zjistili, že je obtížné udržovat konstantní teplotu bakterií v bioreaktoru.[7] Kromě toho musí být růstové médium pro bakterie otočeno a obnoveno, aniž by byl do systému bioreaktoru zaveden vzduch, což komplikuje již tak drahé nastavení bioreaktoru.[7][9]

Viz také

Reference

  1. ^ Redwood MD, Paterson-Beedle M, Macaskie LE (červen 2009). „Integrace temných a světlých strategií výroby bio-vodíku: směrem k vodíkové ekonomice“ (PDF). Recenze v oboru Environmental Science and Bio / Technology. 8 (2): 149–185. doi:10.1007 / s11157-008-9144-9.
  2. ^ Tao Y, Chen Y, Wu Y, He Y, Zhou Z (únor 2007). „Vysoký výtěžek vodíku z dvoustupňového procesu tmavé a fotokvasení sacharózy“. International Journal of Hydrogen Energy. 32 (2): 200–6. doi:10.1016 / j.ijhydene.2006.06.034.
  3. ^ Gabrielyan, Lilit; Sargsyan, Harutyun; Trchounian, Armen (04.09.2015). „Nové vlastnosti fotofermentativní produkce biohydrogenu fialovými bakteriemi Rhodobacter sphaeroides: účinky protonoforů a inhibitorů odpovědných enzymů“. Továrny na mikrobiální buňky. 14 (1): 131. doi:10.1186 / s12934-015-0324-3. ISSN  1475-2859. PMC  4558839. PMID  26337489.
  4. ^ A b C d E F Ghimire A, Frunzo L, Pirozzi F, Trably E, Escudie R, Lens PN, Esposito G (duben 2015). „Přehled výroby tmavého fermentačního biovodíku z organické biomasy: parametry procesu a použití vedlejších produktů“. Aplikovaná energie. 144: 73–95. doi:10.1016 / j.apenergy.2015.01.045.
  5. ^ A b C d Corneli E, Adessi A, Olguín EJ, Ragaglini G, García-López DA, De Philippis R (prosinec 2017). „Biotransformace vodního salátu (Pistia stratiotes) na biohydrogen Rhodopseudomonas palustris“. Journal of Applied Microbiology. 123 (6): 1438–1446. doi:10.1111 / jam.13599. PMID  28972701.
  6. ^ Laurinavichene T, Tekucheva D, Laurinavichius K, Tsygankov A (březen 2018). „Využití odpadních vod z lihovarů na výrobu vodíku v jednostupňových a dvoustupňových procesech zahrnujících fotofermentaci“. Enzymová a mikrobiální technologie. 110: 1–7. doi:10.1016 / j.enzmictec.2017.11.009. PMID  29310850.
  7. ^ A b C d E F G Uyar B (září 2016). "Návrh bioreaktoru pro fotofermentativní výrobu vodíku". Bioprocess and Biosystems Engineering. 39 (9): 1331–40. doi:10.1007 / s00449-016-1614-9. PMID  27142376.
  8. ^ A b Costa RL, Oliveira TV, Ferreira J, Cardoso VL, Batista FR (duben 2015). "Perspektivní technologie výroby bioethanolu z fotofermentace". Technologie biologických zdrojů. 181: 330–7. doi:10.1016 / j.biortech.2015.01.090. PMID  25678298.
  9. ^ A b C d Zhang Q, Wang Y, Zhang Z, Lee DJ, Zhou X, Jing Y, Ge X, Jiang D, Hu J, He C (duben 2017). „Foto-fermentační výroba vodíku ze zbytků plodin: mini recenze“. Technologie biologických zdrojů. 229: 222–230. doi:10.1016 / j.biortech.2017.01.008. PMID  28108074.
  10. ^ Chen CY, Yang MH, Yeh KL, Liu CH, Chang JS (září 2008). "Výroba biovodíku pomocí postupných dvoustupňových procesů tmavé a fotofermentace". International Journal of Hydrogen Energy. 33 (18): 4755–4762. doi:10.1016 / j.ijhydene.2008.06.055.
  11. ^ Keskin T, Hallenbeck PC (květen 2012). „Výroba vodíku z cukrovarnického průmyslu odpadem pomocí jednostupňové fotofermentace“. Technologie biologických zdrojů. 112: 131–6. doi:10.1016 / j.biortech.2012.02.077. PMID  22420990.
  12. ^ Chandrasekhar K, Lee YJ, Lee DW (duben 2015). „Výroba biovodíku: strategie ke zlepšení efektivity procesů mikrobiálními cestami“. International Journal of Molecular Sciences. 16 (4): 8266–93. doi:10,3390 / ijms16048266. PMC  4425080. PMID  25874756.

externí odkazy