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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo de diferentes tipos de fonte de carbono como substrato para produção de hidrogênio por meio de fermentação escura e fotofermentação
Author: Moreira, Felipe Santos
First Advisor: Cardoso, Vicelma Luiz
First coorientator: Ferreira, Juliana de Souza
First member of the Committee: Falleiros, Larissa Nayhara Soares Santana
Second member of the Committee: Romão, Betania Braz
Third member of the Committee: Fischer, Janaina
Summary: O suprimento para a necessidade energética global, na sua maioria, é dependente dos combustíveis fósseis. O hidrogênio é considerado uma fonte de energia viável visto que é um combustível não poluente e poder ser obtido por recursos renováveis. A produção de hidrogênio pode se dar biologicamente por fermentação a partir de efluentes e resíduos agroindustriais, cuja utilização minimiza seu acúmulo nos processos industriais, se tornando uma alternativa promissora devido aos baixos impactos ambientais. No presente trabalho, o objetivo foi estudar os diferentes tipos de fonte de carbono como substrato para produção de biohidrogênio durante a fermentação escura utilizando um consórcio microbiano e fotofermentação por bactérias púrpuras não sulfurosa. Os substratos utilizados durante os processos fermentativos foram glicose P.A., permeado de soro de leite em pó e melaço de soja que é um resíduo agroindustrial. Testes preliminares foram realizados em frascos de penicilina, em batelada, para verificar a produção de biogás com: (i) fermentação escura utilizando culturas mistas em que se avaliou o efeito de pré-tratamentos no inóculo como: choque térmico e ácido; (ii) fotofermentação para as culturas puras de forma isolada e com a co-cultura. Verificou-se, por testes preliminares, que o pré-tratamento com choque térmico garantiu melhores resultados, com uma produtividade de 14,14 mmol H2/L.dia. Com base nos resultados dos ensaios de fotofermentação das culturas puras e co-cultura, verificou-se que a cepa Rhodopseudomonas palustris apresentou resultados melhores comparados aos obtidos pela cepa Rhodobacter capsulatus e o sistema de co-cultura exibiu resultados inferiores. Nos ensaios em que se analisou o consumo do melaço de soja, observou-se que as duas cepas apresentaram o mesmo potencial para produção de hidrogênio. Após os testes preliminares, foram realizados ensaios em escala ampliada com o propósito de aumentar a produção de H2, acompanhar o processo em função do tempo e avaliar o modo de operação em batelada alimentada com adição isolada, alternada e simultânea de açúcares para as duas rotas biológicas. A fermentação escura foi realizada em condições anaeróbicas, utilizando o consórcio microbiano que obteve melhores resultados nos testes preliminares com os prétratamentos. Observou-se que a fermentação em que a glicose e lactose foi alimentada de forma simultânea ao meio promoveu a maior produtividade de hidrogênio, sendo a máxima igual a 168,27 mmol H2/L.dia no tempo de 24 horas. No entanto, a alimentação alternada (glicose e lactose, sendo essa proveniente do permeado do soro de leite em pó) possibilitou manter a cultura ativa com potencial para produção de hidrogênio por um período superior a 900 horas. Os principais produtos ao final das fermentações foram ácido láctico e ácido butírico, seguidos de ácido acético, etanol e ácido propiônico.
Abstract: The supply to the global energetic needs, mostly, is dependent of fossil fuels. The hydrogen is considered a viable energy source for being a not polluting fuel that may be obtained by renewable resources. Besides, it may be produced biologically by fermentation applying agroindustrial residue as substrates that contributes to minimize their accumulation at the industrial processes. Thus, H2 is a promising alternative due to reduced environmental impacts. In this present study, the objective was study different types of carbon sources for hydrogen production by dark fermentation using a microbial consortium and photofermentation applying non-sulfur purple bacteria. The substrates utilized in the processes were pure glucose, whey permeate and molasses soybean, this is agroindustrial residues. Preliminary tests were performed in penicillin bottles, in batch mode, to verify the production of biogas with: (i) dark fermentation using mixed culture in which it was evaluated the effect of inoculum pre-treatment: heat-shock and acid; (ii) photofermentation of pure cultures and co-culture assays. Based on the results of preliminary tests in reduced scale, it was found out that the pretreatment with heat-shock produced ensured best results, with a productivity of 14,14 mmol H2/L.day. Concerning on the results of photofermentation trials with pure culture and co-culture, it was verified that the results obtained with Rhodopseudomonas palustris assays were better than with Rhodobacter capsulatus and that co-culture system presented the lowest results. In trials that the consumption of molasses soybean was analyzed, it was observed the two strains had the same potential for the production of H2. After preliminary tests, experiments in scale-up were conducted with the purpose of increasing hydrogen production and evaluate the process in function of time, in fed batch mode with isolated, alternating and simultaneous addition of sugar for the two biological routes. Dark fermentation was carried out in anaerobic conditions, using a microbial consortium that obtained best results in the preliminary test in pretreatment. It was observed that fermentation with simultaneous addition of glucose and lactose prometed the highest hydrogen maximum productivity of 168,27 mmol H2/L.day in 24 hours of process. Nevertheless, the alternation fed (glucose and lactose) allowed keeping the culture active with potential to hydrogen production for a period of time superior to 900 hours. At the end of fermentation, the main products were lactic acid and butyric acid, followed by acetic acid, ethanol e propionic acid.
Keywords: Engenharia química
Fermentacao - Tecnologia quimica
Hidrogênio como combustível
Resíduos como combustível
Fermentação escura
Fotofermentação
Substrato
Dark fermentation
Photofermentation
Substrate
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: MOREIRA, Felipe Santos. Estudo de diferentes tipos de fonte de carbono como substrato para produção de hidrogênio por meio de fermentação escura e fotofermentação. 2016. 76 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/17918
Date of defense: 15-Jul-2016
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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