Publicação: Investigação da produção de hidrogênio por fotofermentação utilizando as bactérias fototróficas Rhodobacter capsulatus e Rhodospirillum rubrum
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
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Resumo
O hidrogênio é uma fonte de energia limpa tida capaz de conter o aumento excessivo da
temperatura da Terra em decorrência do uso exagerado dos combustíveis fósseis. A produção
de hidrogênio biológico por fotofermentação tem recebido atenção nos últimos anos por se
mostrar vantajosa e por oferecer grande potencial. No presente trabalho, estudou-se a
produção biológica de hidrogênio por fotofermentação utilizando as bactérias púrpuras não-
sulfurosas Rhodobacter capsulatus e Rhodospirillum rubrum cultivadas em meio basal RCV.
Avaliou-se a lactose proveniente do permeado de soro de leite em pó, um co-produto da
agroindústria, como fonte de carbono na concentração de 10 g/L. A produção de
biohidrogênio foi avaliada em duas escalas distintas: ensaios em escala reduzida com reatores
de 50 mL e ensaios em escala ampliada em reatores de tanque agitado de 1,5 L. Os ensaios
em escala reduzida verificaram em um primeiro momento o desempenho de culturas puras e,
em sequência, de co-culturas das espécies em diferentes proporções (1:1; 1:3; 3:1, em massa).
Verificou-se que a combinação das duas espécies em co-cultura, em especial, na proporção
1:1 (m/m) apresentou desempenho com produtividade máxima de 7,51 mmol H2/L.dia. A fim
de verificar a influência da lactose como fonte de açúcar, os ensaios em escala reduzida foram
replicados empregando o próprio meio basal RCV como meio fermentescível. Os ensaios em
escala ampliada estudaram o efeito da chamada revitalização do meio reacional. Em
intervalos de tempo determinados, era realizada a retirada de uma fração do meio reacional e
o reator era preenchido com meio fresco de forma que a concentração de lactose se
mantivesse na mesma faixa. A revitalização permitiu a retirada dos ácidos orgânicos
produzidos pelo sistema como resultado do metabolismo celular de forma que os mesmos não
se acumulassem. A revitalização do meio reacional garantiu um funcionamento estável e de
longo prazo do sistema atingindo a produtividade máxima de 278,05 mmol H2/L.dia por um
período de 42 dias para o inóculo de co-cultura 1:1. Um ensaio subsequente foi realizado
empregando as mesmas condições iniciais sem a revitalização do meio reacional. Observou-se
um acúmulo dos ácidos orgânicos e uma produtividade máxima inferior (104,47 mmol
H2/L.dia) com tendência de queda. Os principais ácidos orgânicos detectados foram os ácidos
lático, acético, propiônico e butírico.
Abstract
Hydrogen is a clean energy source said to be able to contain the increase in the Earth's
temperature as a result of the exaggerated use of fossil fuels. The production of biological
hydrogen by photo fermentation has received much attention in recent years as it offers great
potential. In the current research, the biological production of hydrogen by photo fermentation
was evaluated using the purple non-sulfur bacteria Rhodobacter capsulatus and
Rhodospirillum rubrum cultivated in RCV medium. Lactose from whey permeate, an agro-
industrial residue, was used as a carbon source at a starting concentration of 10 g/L. Assays
were carried out in 50 mL reactors (small-scale assays) and on a 1.5 L stirred tank reactor
(large-scale assays). Initially, the assays carried out on the 50 mL reactors evaluated the use of
pure bacterial cultures and were compared with the use of co-cultures formed by different
proportions of the species. It was found that the combination of the two species in co-culture
formed by the proportion 1:1 (w/w) had shown a maximum productivity of 7.51 mmol
H2/L.day. To verify the influence of lactose as a source of carbon, the small-scale assays were
replicated using the basal RCV medium as the fermentable medium. The large-scale assays
were carried out with medium renewal. Whitin specified time intervals, a fraction of the
reaction medium was removed and the reactor was refilled with fresh medium so that the
lactose concentration remained approximately in the same range. The medium renewal
allowed the removal of organic acids produced as a result of cellular metabolism so that they
would not accumulate. The ladder ensured a stable and long-term hydrogen production,
reaching a peak productivity of 278.05 mmol H2/L.day. A subsequent assay was carried out
employing the same initial conditions without medium renewal. It was observed an
accumulation of organic acids resulted in lower peak productivity. The main organic acids
detected were lactic, acetic, propionic and butyric acids.
Palavras-chave
Hidrogênio, Fotofermentação, Rhodobacter capsulatus, Rhodospirillum rubrum, Co-cultura, Batelada sequencial
Citação
FERREIRA, Gustavo Machado Tottoli. Investigação da produção de hidrogênio por fotofermentação utilizando as bactérias fototróficas Rhodobacter capsulatus e Rhodospirillum rubrum. 2022. 88 f. Dissertação (Mestrado em em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.66
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