Efecto de la composición de mezclas de metabolitos procedentes de la fermentación oscura para su uso en la producción de biohidrógeno en celdas de electrólisis microbiana

Abstract

"La celda de electrólisis microbiana (CEM) es un dispositivo que surge como una alternativa a los sistemas actuales de producción de biohidrógeno (Bio-H2). A la fecha diversos estudios han evaluado algunos parámetros de este sistema (voltaje aplicado, inóculo, configuración de la celda, etc.) con el fin de optimizarlos. El sustrato por excelencia para las CEMs suele ser acetato, sin embargo, hay estudios que reportan el empleo de mezclas de ácidos grasos volátiles (AGVs), lo cual da indicios de que los efluentes de fermentación oscura, ricos en AGVs, pueden emplearse como sustrato en CEMs. No obstante, el efecto de otros componentes de tales efluentes, tal como el etanol y el lactato, no han sido explorados. El objetivo general de este trabajo fue evaluar el efecto de la variación de la fracción de etanol y lactato en una mezcla definida de acetato, propionato y butirato, para la producción de Bio-H2 en CEMs. Para cumplir el objetivo se recurrió a celdas de tipo H, separadas por una membrana de intercambio catiónico, se empleó como inóculo un efluente de un fermentador productor de Bio-H2 y lixiviados de composta, como voltaje se probaron 0.6 y 1 V. Se evaluó el efecto en el sistema al variar la mezcla de sustratos, que estuvo conformada por acetato, propionato y butirato, los cuales se mantuvieron en una proporción fija, mientras que las proporciones de lactato y etanol variaron. Al evaluar el inóculo procedente de la fermentación oscura aplicando 0.6 V y diferentes concentraciones de AGVs fue evidente que la cantidad de especies electroactivas presentes en el inóculo no fue la suficiente, puesto que la generación de corriente fue muy inferior a lo reportado en la literatura (~38 mA/m2), aunado a esto no se observó formación de Bio-H2. Por lo tanto se decidió utilizar lixiviados de composta de los cuales se sabe tienen una comunidad electroactiva importante, para este caso se aplicaron los mismos voltajes: 0.6 y 1.0 V, siendo con éste último el ensayo con el cual se obtuvo una mejor respuesta en la producción de hidrógeno (0.0325 m3 H2/m3 anolito-d). Una vez definido el inóculo, voltaje y concentración de la mezcla base (lixiviados de composta, 1.0 V y 2.5 g DQO/L) se evaluaron cuatro mezclas de lactato y etanol, en las cuales la DQO se mantuvo fija (1 g/L) pero las proporciones de éstos sustratos variaron de manera tal que de las mezclas uno a la cuatro la concentración de lactato disminuyó, mientras que la de etanol aumentó."

"Microbial electrolysis cell (MEC) is a device that is an alternative to current biohydrogen production systems (Bio-H2). To date few studies have evaluated system parameters (applied voltage, inoculum, cell configuration, etc.) in order to optimize them. The substrate of choice for the MECs is usually acetate, however, some studies have reported the use of mixtures of volatile fatty acids (VFA), which are produced during dark fermentation. Nonetheless the effects of other components present in the mixture, such as ethanol and lactate, have not yet been explored. The overall objective of this study was to evaluate the effect of varying the fraction of ethanol and lactate in a defined mixture of acetate, propionate and butyrate, for the production of Bio-H2 in MECs. To achieve the objective cells type H were used, separated by a cation exchange membrane, it were used as inoculum both effluent from a fermenter producing Bio-H2 and leachate compost. As voltage were tested 0.6 and 1 V, and it was assessed their effect on the system by varying the mixture of substrates, which consisted of acetate, propionate and butyrate, which remained in a fixed ratio while the proportions of lactate and ethanol varied. Assessing the inoculum from dark fermentation using 0.6 V and under different concentrations of VFA it was evident its low electroactive capacity since the current generation was much lower than that reported in the literature (~ 38 mA/m2), additionally Bio-H2 was not observed. Therefore leachate compost was used as inoculum, which is known to have a significant electroactive community; in this case two voltages were applied: 0.6 and 1.0 V. From this trial 1.0 V was used because it was the potential to which it was obtained a better response in the hydrogen production (0.0325 m3/m3 anolyte-d). Having defined the inoculum, voltage and concentration of the base mixture (compost leachate, 1.0 V and 2.5 g COD/L), four assays of different lactate and ethanol ratios were evaluated, in which COD (1 g/L) remained fixed but the proportions of these substrates varied so that lactate concentration decreased while that of ethanol increased in the mixtures."