Producción de hidrógeno en un reactor de filtro percolador: Evaluación de los hidrolizados de bagazo de agave obtenidos con enzimas comerciales

Abstract

"El bagazo de agave es un residuo lignocelulósico generado durante la elaboración de tequila que puede ser empleado como materia prima para la producción de hidrógeno (H2), a través de procesos biológicos como la fermentación oscura. Sin embargo, debido a su estructura compleja, este material debe ser hidrolizado con el fin de liberar azúcares fácilmente fermentables para los microorganismos. En este estudio se investigó la viabilidad de la producción de H2 a partir de hidrolizados enzimáticos de bagazo de agave. Se utilizaron enzimas comerciales que presentan actividades celulolíticas y hemicelulolíticas. Se realizaron dos diferentes hidrólisis enzimáticas, en la primera se empleó una mezcla de dos enzimas importadas (Celluclast 1.5L y Viscozyme L) y en la segunda se empleó una enzima nacional (Stonezyme). Se evaluó la producción continua de H2 de dichos hidrolizados en un reactor de filtro percolador (TBR, por sus siglas en inglés) variando la carga orgánica. El TBR para el hidrolizado con la mezcla enzimática y con la enzima individual fueron operados por 59 y 40 días, respectivamente, a cargas orgánicas volumétricas (COV) aplicadas con valores entre 34.6 y 81 g DQO/L·d. En ambos hidrolizados se encontró que la velocidad volumétrica de producción de H2 (VVPH) estaba directamente relacionada con la COV aplicada, donde las máximas VVPH alcanzadas con los hidrolizados de la mezcla enzimática y de la enzima individual fueron de 5.75 y 1.98 L H2/L·d, respectivamente, a una COV de 81 g DQO/L·d. Por otra parte, con los hidrolizados obtenidos con la mezcla enzimática, el rendimiento específico de H2 (REH) incrementó claramente en función de la COV, obteniendo un valor máximo de 73.21 L H2/kg de bagazo a la máxima COV aplicada; este valor es mayor a lo obtenido con el hidrolizado de la enzima individual donde se obtuvo un rendimiento de 16.15 L H2/kg de bagazo a la misma COV. En conclusión, los resultados muestran que los hidrolizados obtenidos con la mezcla enzimática pueden aumentar significativamente la producción de H2 a partir de bagazo de agave y ser una alternativa prometedora en el contexto de la transición energética."

"Agave bagasse is a lignocellulosic residue generated during the tequila manufacturing that can be used as a feedstock for H2 production. Nevertheless, due to its complex structure, this material has to be hydrolysed in order to release easily fermentable sugars. In this study, it was investigated the feasibility of H2 production from enzymatic hydrolysates of agave bagasse. Commercial enzymes with cellulolytic and hemicellulolytic activities were used. Two different enzymatic hydrolysis of agave bagasse were performed, in the first one a mixture of two imported enzymes (Celluclast 1.5L and Viscozyme L) was used and in the second one a domestic enzyme (Stonezyme) was used. The continuous H2 production from both hydrolysates was evaluated in a trickling bed reactor (TBR) using different organic loading rates (OLR). TBR for hydrolysates with enzymatic mixture and with individual enzyme were successfully operated for 59 and 40 days, respectively, under OLR ranging from 43.2 to 81 g COD/L·d. In both hydrolysates, the volumetric H2 production rate (VHPR) was found to be directly linked to the OLR applied, where the maximum VHPR for the hydrolysates of the mixture and the individual enzyme were 5.75 and 1.98 L H2/L·d, respectively, at an OLR of 81 g COD/L·d. Moreover, for the hydrolysates obtained with the mixture of enzymes, the specific hydrogen yield clearly increased as function of OLR, reaching a maximum value of 73.21 L H2/kg bagasse at the maximum OLR, which is higher than that obtained with hydrolysates from the individual enzyme that reported a yield of 16.15 H2/kg bagasse at the same OLR. Overall, the results showed that the enzymatic mixture hydrolysate can substantially improve the H2 production from agave bagasse in comparison with the individual enzyme hydrolysate and therefore it becomes a promising alternative in the energy transition context."