Producción de hidrógeno en continuo a partir de hidrolizados enzimáticos de bagazo de agave obtenidos con la enzima nacional Cellulase 50 XL

Abstract

"El bagazo de agave es un residuo lignocelulósico que puede ser utilizado como sustrato para la producción de hidrógeno (H2). Sin embargo, debido a su estructura compleja, es necesario someterlo a un proceso de sacarificación para incrementar la disponibilidad de los carbohidratos. Esto es posible por medio de hidrólisis enzimática. Una amplia variedad de enzimas comerciales ha sido evaluada en la sacarificación de bagazo de agave y otros residuos lignocelulósicos, principalmente enzimas de importación, lo cual puede incidir en el costo de producción de H2. En este trabajo se investigó la viabilidad de la producción de H2 en un reactor continuo de tanque agitado (CSTR por sus siglas en inglés) usando como sustrato hidrolizados enzimáticos de bagazo de agave obtenidos con la enzima nacional Celullase 50 XL de manera individual y en mezcla binaria con la enzima de importación Viscozyme L. En el experimento 1 del trabajo se evaluó la producción de H2 a partir de hidrolizados preparados con la enzima Cellulase 50 XL de manera individual, obteniéndose una velocidad volumétrica de producción de hidrógeno (VVPH) máxima de 9.9 ± 0.03 L H2/L-d, a una carga orgánica volumétrica (COV) de 100 g DQO/L-d. Dicho valor es similar a la VVPH más alta reportada a la fecha para la producción de H2 en continuo a partir de hidrolizados enzimáticos de bagazo de agave. Mientras que el rendimiento específico de hidrógeno (REH) máximo fue de 32.5 ± 0.1 L H2/kg bagazo también a la COV de 100 g DQO/L-d. Por otro lado, en el experimento 2 se evaluó la producción de H2 a partir de dos tipos de hidrolizados preparados con una mezcla binaria de Cellulase 50 XL y Viscozyme L a diferentes condiciones de hidrólisis (Mezcla 1 y Mezcla 2), obteniéndose una VVPH de 4.6 ± 0.04 L H2/L-d a una COV de 60 g DQO/L-d con un REH de 32.9 ± 0.3 L H2/kg bagazo, y de 4.1 ± 0.03 L H2/L-d a una COV de 70 g DQO/L-d con un REH de 22.5 ± 0.1 L H2/kg bagazo para la Mezcla 1 y Mezcla 2, respectivamente. En conclusión, los resultados mostraron que la utilización de los hidrolizados obtenidos con la enzima de manera individual son la mejor alternativa en la sacarificación de bagazo de agave para la producción de H2 frente a las mezclas enzimáticas probadas. "

"Agave bagasse is a lignocellulosic residue that can be used as substrate to produce hydrogen (H2). However, due to its complex structure, it needs to undergo a saccharification process to increase the availability of carbohydrates. Enzymatic hydrolysis is what makes this possible. A wide diversity of commercial enzymes has been used in the saccharification of agave bagasse and other lignocellulosic residues, mainly imported enzymes, which can affect the cost of H2 production. In this work, the feasibility of H2 production in a continuous stirred tank reactor (CSTR) was investigated using enzymatic hydrolysates of agave bagasse as substrate, obtained with the national enzyme Celullase 50 XL both individually and in combination with the imported enzyme Viscozyme L. In the stage 1 of this work, H2 production was evaluated from hydrolysates prepared with Cellulase 50XL alone, obtaining a maximum volumetric H2 production rate (VHPR) of 9.9 ± 0.03 L H2/L-d at an organic loading rate (OLR) of 100 g COD/L-d. Such value was quite similar to the highest VHPR reported for continuous H2 production from enzymatic hydrolysates of agave bagasse up to date. On the other hand, a maximum specific hydrogen yield (SHY) of 32.5 ± 0.10 L H2/kg bagasse was obtained also at the OLR of 100 g COD/L-d. In contrast, in stage 2, H2 production was evaluated using two types of hydrolysates prepared with a binary mixture of Cellulase 50XL and Viscozyme L at different hydrolysis conditions (Mixture 1 and Mixture 2), obtaining a VHPR of 4.6 ± 0.04 L H2/L-d at an OLR of 60 g COD/L-d with a SHY of 32.9 ± 0.3 L H2/kg bagasse, and a VHPR of 4.1 ± 0.03 L H2/L-d at an OLR of 70 g COD/L-d with a SHY of 22.5 ± 0.1 L H2/kg bagasse, for Mixture 1 and Mixture 2, respectively. In conclusion, the results showed that the use of hydrolysates obtained with the individual enzyme were a better alternative in the saccharification of agave bagasse for H2 production compared to the enzymatic mixtures tested."