Producción de hidrógeno en sistemas continuos a partir de hidrolizados enzimáticos de bagazo de Agave tequilana Weber

Abstract

"Los problemas atribuidos al uso intensivo de los combustibles fósiles han motivado la exploración de nuevas fuentes de energía renovables. El hidrógeno (H2) es considerado un combustible ideal, el cual puede ser producido mediante la fermentación oscura a partir de diversos tipos de residuos, tales como los lignocelulósicos. En este trabajo se evaluó la producción de hidrógeno a partir de hidrolizados enzimáticos de bagazo de agave utilizando un reactor de tanque agitado (CSTR) y un reactor de filtro percolador (TBR). Las velocidades (VVPH) y los rendimientos (RMH) de la producción de hidrógeno fueron evaluados en ambos reactores como respuesta a diferentes cargas orgánicas volumétricas (COV). Los máximos VVPH y RMH obtenidos en el CSTR fueron de 2.53 L H2/L-d y 1.35 mol H2/mol azúcar consumido a una COV de 52.5 y 40.2 g DQO/L-d, respectivamente. Un aumento de COV a 60.3 g DQO/L-d resultó en una severa disminución en la producción de hidrógeno. En el TBR se alcanzaron VVPH y RMH máximos de 3.45 L H2/L-d y 1.53 mol H2/mol azúcar consumido, ambos obtenidos a una COV de 52.9 g DQO/L-d. El TBR fue más sensible al contenido de sólidos en los hidrolizados en comparación con el CSTR. Los metabolitos predominantes en ambos reactores fueron butirato y acetato, con presencia de lactato y propionato en concentraciones ligeramente mayores en el CSTR en comparación con el TBR, como se pudo observar tanto en los perfiles de producción de metabolitos como en los balances de electrones. La VVPH y el RMH mostraron una respuesta positiva a los aumentos de COV en el TBR. Sin embargo, la VVPH y el RMH mostraron una correspondencia opuesta en el CSTR, debido a que el RMH disminuyó con los incrementos de COV. Los distintos desempeños fueron atribuidos a diferencias en la presión parcial de hidrógeno. Existen pocos trabajos en los que se evalúe la producción continua de hidrógeno a partir de hidrolizados lignocelulósicos. El presente trabajo muestra que la configuración de reactor tiene un efecto importante sobre la producción de hidrógeno a partir de hidrolizados enzimáticos de bagazo de agave."

"Problems associated to the intensive use of fossil fuels have given rise to the research on new alternative and renewable energy sources. Hydrogen (H2) is considered an ideal fuel, which can be produced biologically from a variety of wastes by dark fermentation, including lignocellulosic residues, thus valorizing residues and harvesting energy at the same time. The aim of this work was to evaluate the continuous hydrogen production from enzymatic hydrolysates of agave bagasse in a continuous stirred tank reactor (CSTR) and a trickling bed reactor (TBR). Hydrogen production rates (VHPR) and yields (HMY) were evaluated under different organic loading rates (OLR). The highest VHPR and HMY attained in the CSTR were 2.53 L H2/L-d and 1.35 mol H2/mol sugar consumed at an OLR of 52.5 and 40.2 g DQO/L-d, respectively. A drop in hydrogen production was observed at 60.3 g DQO/L-d. Both VHPR and HMY peaked at 52.9 g DQO/L-d in the TBR, corresponding to 3.45 L H2/L-d and 1.53 mol H2/mol sugar consumed, respectively. The solids content in the hydrolysates affected the operation of the TBR. Butyrate and acetate were the main metabolic products in both reactors, whereas propionate and lactate concentrations were slightly higher in the CSTR compared to the TBR, which was observed in both the metabolite production profiles and the electron balances. The reactor configuration had a strong influence on reactors performance. An upward trend was achieved in both VHPR and HMY with increasing OLR in the TBR. Although the increments on the OLR enhanced VHPR in the CSTR, HMY showed a decreasing tendency with increasing OLR. The different performances observed were attributed to differences in the hydrogen partial pressure. There are few studies on continuous hydrogen production from lignocellulosic hydrolysates. In this study, it is shown that reactor configuration has a relevant impact on the hydrogen production from enzymatic hydrolysates of agave bagasse."