Publicação: Produção de hidrogênio por fotofermentação empregando co-culturas de bactérias
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
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Resumo
A produção de hidrogênio por via biológica é uma alternativa sustentável, pois demanda baixa
quantidade de energia e tem a capacidade da utilização de matérias primas renováveis como os
substratos. A conversão de compostos orgânicos a hidrogênio no processo de fotofermentação,
tem atraído interesse na sua utilização, por apresentar altos rendimentos teóricos de conversão
de substrato. A combinação de grupos diferentes de bactérias cultivadas em um único biorreator
apresenta como vantagens a simples manipulação, a redução de tempo de fermentação e taxas
altas de rendimento. No presente trabalho, o objetivo foi estudar a produção de hidrogênio por
fotofermentação, utilizando a bactéria Enterobacter cloacae e as bactérias fotossintetizantes
púrpuras não sulfurosas: Rhodobacter capsulatus e Rhodopseudomonas palustris. As fontes de
carbono utilizadas foram glicose P.A. e o permeado de soro de queijo em pó (70% lactose), que
é um subproduto agroindustrial. Os ensaios foram realizados em reator operando em batelada
alimentada, verificando a influência de: meio de cultivo, fonte de açúcar, presença de
luminosidade, gás inerte e formas de alimentação do substrato para a produção de hidrogênio.
Verificou-se que o microrganismo Enterobacter cloacae apresentou resultados promissores
para a produção de hidrogênio, utilizando nitrogênio ou argônio como gases inertes, na presença
ou não de luminosidade, caracterizando a sua capacidade de metabolizar os substratos em
diferentes condições. Avaliando a influência dos meios de cultivos no sistema de co-cultura, o
meio reacional caldo nutriente alcançou uma produtividade máxima de 201,15 mmol H2/L.dia,
com a Enterobacter cloacae e Rhodobacter capsulatus (permeado de soro de queijo em pó),
visto que, a sua composição oferece a quantidade de carbono e nitrogênio total, provenientes
dos reagentes extrato de carne e peptona, presentes na composição do meio, impactando
diretamente na produção de hidrogênio. Os ensaios com alimentação alternada da fonte de
carbono ao meio reacional, promoveram a maior produtividade de hidrogênio. O valor máximo
de produtividade obtido foi de 319,35 mmol H2/L.dia no tempo de 180 horas. Os metabólitos
formados durante o processo fermentativo, foram obtidos em quantidades significativas, com
destaque para os ácidos butírico, lático e acético, predominantes nas rotas metabólicas de
produção de hidrogênio.
Abstract
Hydrogen production by biological is a sustainable alternative because it demands a low amount
of energy for its production and has the capacity to use renewable raw materials as substrates.
The conversion of organic compounds to hydrogen in the photofermentation process has
attracted interest in their use, as it presents high theoretical substrate conversion yields.
Combining different groups of bacteria grown in a single bioreactor provides advantages of
simple handling, reduced fermentation time and high yield rates. In this present study, the
objective was study the production of hydrogen by photofermentation using Enterobacter
cloacae bacteria and photosynthetic purple non-sulfur bacteria: Rhodobacter capsulatus and
Rhodopseudomonas palustris. The carbon sources used were glucose P.A. and the whey
permeate (70 % lactose), that is an agroindustrial residue. The assays were carried out in fed
batch reactor, checking the influence of: culture medium, sugar source, light, inert gas and
substrate feeding forms. The Enterobacter cloacae microorganism showed satisfactory results
for hydrogen production, using nitrogen or argon as inert gases, with or without the presence
of light, characterizing its ability to metabolize under different conditions. Evaluating the
culture media in the co-culture system, the nutrient broth reaction medium reached a maximum
productivity of 201.15 mmol H2/L.day, with Enterobacter cloacae and Rhodobacter capsulatus
(whey permeate), since its composition offers the amount of carbon and total nitrogen, derived
from meat extract and peptone reagents, present in the medium composition, directly impacting
the hydrogen production. In the tests with the alternation feeding of the carbon source to the
reaction medium, promoted the highest hydrogen productivity, being the maximum of
319.35 mmol H2/L.day in the 180 hours time. The metabolites formed during the fermentation
process were obtained in significant quantities, especially butyric, lactic and acetic acid,
predominating the metabolic pathways of hydrogen production.
Palavras-chave
Co-cultura, Enterobacter cloacae, Fotofermentação, Hidrogênio, Rhodobacter capsulatus, Rhodopseudomonas palustris, Co-culture, Photofermentation, Hydrogen
Citação
MOREIRA, Felipe Santos. Produção de hidrogênio por fotofermentação empregando co-culturas de bactérias. 2020. 127 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.671.
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