Mejora de la producción de hidrógeno y ácidos carboxílicos mediante fermentación extractiva en lote y continuo

Abstract

"La fermentación extractiva, una técnica innovadora, busca mejorar la producción de hidrógeno y ácidos carboxílicos, disminuyendo la inhibición por productos en la fermentación oscura. Este estudio comprueba la afinidad y la capacidad de adsorción de ácidos carboxílicos (ácido acético, ácido butírico y ácido láctico) por medio de la resina polimérica no iónica PAD950. Se realizaron fermentaciones extractivas en reactores en lote, empleando dos configuraciones de extracción de ácidos carboxílicos con la resina PAD950: una columna empacada y un tanque agitado. Los resultados demostraron mejoras en la producción: El volumen de hidrógeno acumulado incrementó 39.3% con la configuración de tanque agitado y 15% con la columna empacada. También se evaluó la resina iónica A110 en la configuración del tanque agitado, pero mostró resultados menos favorables que las fermentaciones extractivas que usaron la resina PAD950. Posteriormente se llevó a cabo la fermentación extractiva en un reactor continuo de tanque agitado (CSTR) usando la resina PAD950 para extraer los ácidos carboxílicos en la configuración de tanque agitado, operando en etapas con cargas orgánicas volumétricas de 40 y 60 g azúcares totales/L-d. La producción de hidrógeno aumentó 34.8% y 26.8% para las cargas orgánicas de 40 y 60 g azúcares totales/L-d, respectivamente. Sin embargo, la concentración reducida de sales minerales en el medio pudo afectar la producción de los ácidos, así como modificar las rutas metabólicas. En ambas etapas se observó la presencia de lactato. En general, la extracción de ácidos carboxílicos mediante resinas emerge como una alternativa prometedora para atenuar la inhibición por producto y potenciar el rendimiento de la fermentación oscura. A pesar de su relevancia, la mayoría de los estudios se enfocan en la separación post-fermentación con resinas poliméricas. "

"Extractive fermentation, an innovative technique, aims to enhance the production of hydrogen and carboxylic acids by reducing product inhibition in dark fermentation. This study verifies the affinity and adsorption capacity of carboxylic acids (acetic acid, butyric acid, and lactic acid) using the non-ionic polymeric resin PAD950. Extractive fermentations were carried out in batch reactors, using two extraction configurations with the PAD950 resin: a packed column and a stirred tank. The results showed improvements in production: The accumulated hydrogen volume increased by 39.3% with the stirred tank configuration and 15% with the packed column. The ionic resin A110 was also evaluated in the stirred tank configuration but showed less favorable results than the extractive fermentations that used the PAD950 resin. Subsequently, extractive fermentation was carried out in a continuous stirred tank reactor (CSTR) using the PAD950 resin to extract carboxylic acids in the stirred tank configuration, operating in stages with volumetric organic loads of 40 and 60 g total sugars/L-d. Hydrogen production increased by 34.8% and 26.8% for organic loads of 40 and 60 g total sugars/L-d, respectively. However, the reduced concentration of mineral salts in the medium could affect acid production and modify metabolic pathways. Lactate presence was observed in both stages. In general, the extraction of carboxylic acids using resins emerges as a promising alternative to mitigate product inhibition and enhance the yield of dark fermentation. Despite its relevance, most studies focus on post-fermentation separation with polymeric resins."