3,4 oscuro Fermentación

3.4.1 La fermentación anaeróbica

Fermentación oscura es la conversión fermentativa de sustrato orgánico a biohidrógeno. Es un proceso complejo que se manifiesta por grupo diverso de bacterias por una serie de reacciones bioquímicas. Microorganismos fermentativos / hidrolíticas hidrolizan polímeros orgánicos complejos de monómeros, que son más convertida a una mezcla de ácidos orgánicos de bajo peso molecular y alcoholes por bacterias productoras de H2 acidogénicos necesarias.

La fermentación es un proceso metabólico que se produce en condiciones anaerobias para regenerar moneda energética de la célula (ATP). Por otra parte, en condiciones anaeróbicas, el ciclo de TCA está bloqueado. Por lo tanto, la fermentación dispone el exceso de reductor celular por la formación de productos finales metabólicos reducidos como el alcohol y ácidos. Del mismo modo, el hidrógeno es también un producto final metabólico producido reducida para mantener el potencial redox celular.

Los hidratos de carbono, principalmente glucosa, son las fuentes de carbono preferidas para proceso de fermentación que da lugar predominantemente a los ácidos acético y butírico concomitantemente con gas hidrógeno. Polímeros orgánicos complejos se convierten en glucosa mediante hidrólisis. Glucosa produce piruvato a través de la vía glucolítica para regenerar ATP. Posteriormente, el piruvato puede estar implicado en dos diferentes reacciones bioquímicas que conducen a la formación de hidrógeno.

En anaerobios obligados, tales como Clostridia (McCord et al., 1971) y termófilas bacterias (Zeikus, 1977), el piruvato se oxida a acetil coenzima A (acetil-CoA) por-piruvato ferredoxina oxidorreductasa (PFOR) (Uyeda y Rabinowitz, 1971) . Posteriormente Acetil-CoA se convierte en acetil fosfato con la generación concomitante de ATP y acetato. La oxidación del piruvato a acetil-CoA requiere reducción de ferredoxina (Fd). Reducción de Fd se oxida por [FeFe] hidrogenasa y cataliza la formación de H2 (Figura 3.9). La reacción global se muestra en las Ecuaciones 3.16 y 3.18.

Piruvato + CoA + 2FD → Acetil-CoA + 2 Fd + CO2

2H + + Fd (red) → H2 + Fd (OX) (3,17)

Cuatro moles de hidrógeno por mol de glucosa se forman cuando el piruvato se oxida a acetato como el único producto metabólico final (Benemann, 1996). Sin embargo, se producen sólo 2 moles de hidrógeno por mol de glucosa cuando el piruvato se oxida a butirato. Por lo tanto, para los organismos que siguen un camino de ácido mixto, mayor relación A / B es crítico para la producción de hidrógeno superior (Khanna et al., 2011). La reacción bioquímica general con ácido acético y el ácido butírico como los productos finales metabólicos se muestra en las Ecuaciones 3.18 y 3.19, respectivamente.

C6H12O6 + 2H2O → 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2 (3.18)

C6H12O6 → CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2 (3.19)

El segundo tipo de reacción bioquímica implicada en la producción de hidrógeno se produce en unas pocas bacterias anaerobias facultativas entéricos tales como E. coli. En esta vía, el piruvato se oxida a acetil CoA y formiato. La reacción es catalizada por la enzima piruvato formiato liasa (PFL) (Knappe y Sawers, 1990) (Ecuación 3.20, Figura 3.9):

Piruvato + CoA → Acetil-CoA + formiato (3,20)

Posteriormente, se escinde por formiato liasa formiato de hidrógeno (FHL) para producir dióxido de carbono e hidrógeno (ecuación 3.21, Figura 3.9). Stephenson y Stickland describieron por primera vez esta vía en la década de 1930 (Stephenson y Stickland, 1932).

HCOOH → CO2 + H2 (3,21)

En la fermentación del ácido láctico, el piruvato se oxida directamente a lactato. No hidrógeno se produce cuando el etanol, láctico, o ácido propiónico son los únicos productos finales metabólicos. Además, algunos anaerobios facultativos, tales como bacterias entéricas pueden llevar a cabo la respiración anaeróbica en lugar de fermentación utilizando nitrato, fumarato, así sucesivamente. como aceptores terminales de electrones. La respiración anaeróbica puede obstaculizar la producción de hidrógeno. Por lo tanto, para llevar a cabo estudios sobre la producción de hidrógeno, los medios de comunicación deben estar desprovistos de estos receptores de electrones.

Fermentación oscuro ha ganado popularidad principalmente porque puede utilizar una amplia variedad de sustrato para la producción de hidrógeno. Además, se puede utilizar diferentes aguas residuales y por lo tanto sirve al doble propósito de biorremediación de residuos y generación de energía limpia. Las aguas residuales industriales como sustrato de fermentación para la producción de H2 direcciones mayoría de los criterios necesarios para la selección del sustrato a saber. la disponibilidad, el costo y la biodegradabilidad (Cai et al., 2009). Aguas residuales químicas (Cakir et al., 2010), las aguas residuales de ganado (Chen et al., 2008b), y las aguas residuales de almidón hidrolizado (Chen et al., 2008c) se han reportado para producir biohidrógeno aparte de tratamiento de aguas residuales del proceso de fermentación oscura utilizando selectivamente enriquecido la cultura mixta en condiciones acidófilas. Varios aguas residuales saber., Fábrica de papel de aguas residuales (Cheng et al., 2011), la elaboración de alimentos de aguas residuales (Cheong y Hansen, 2006), el arroz bodega de aguas residuales (Nath y Das, 2004), distillery- y melaza basada aguas residuales (Das et al ., 2008), también se estudiaron los residuos de paja de trigo (Das y Vezrioglu, 2001), y el molino de aceite de palma de aguas residuales como sustratos fermentables para la producción de H2 junto con el tratamiento de aguas residuales (Pandu y Joseph, 2012). Utilizando cultivo mixto es extremadamente importante y muy adecuado a la estéril en constante cambio, el medio ambiente, complejo de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, algunos de estos residuos no pueden ser utilizados directamente y deben someterse a procesos de pretratamiento tales como biomasa vegetal que son ricos en lignocelulosa. Pretratamiento físico-químicas de material lignocelulósico, tales como la aplicación de ácido, alcalino, o condiciones oxidantes a temperaturas ambiente o elevadas, produce una mezcla de pentosas y hexosas. Fermentación microbiana eficiente de las hexosas y pentosas es, por lo tanto, el paso clave para la producción de hidrógeno a partir de biomasa vegetal. Sin embargo, la fermentación combinada de mezclas de hexosas y pentosas es a menudo impedido debido a la represión catabólica; en presencia de glucosa, pentosas pueden ser convertidos en menor medida que

disminuye los rendimientos de fermentación generales (Strobel, 1993; Aberu et al, 2010.). Además, la producción de hidrógeno a partir de azúcares eficiente depende de las diferentes posibles vías de fermentación (Abreu et al., 2012).

Los ácidos orgánicos producidos durante la fermentación oscuro se pueden utilizar como un sustrato para photofermentation. Photofermentative bacterias pueden oxidar ácidos orgánicos para producir CO2 y H2. Por lo tanto, la producción de hidrógeno más alta se puede conseguir siguiendo un proceso de dos etapas de la fermentación oscuro seguido por photofermentation (Das et al., 2008). Teóricamente, 12 moles de hidrógeno por mol de glucosa pueden ser producidos a partir de este proceso híbrido (Nath y Das, 2008).

2CH3COOH + 4H2O → 8H2 + 4CO2

3.4.2 Consideraciones generales a la Comercialización de la Tecnología

Los principales desafíos se deben superar para la transición sin problemas de la economía basada en los combustibles fósiles a la economía basada en la energía H2 y pueden resumirse como sigue.

3.4.2.1 Rendimiento de Baja y Cambio de Producción

El rendimiento de H2 a partir de cualquiera de los procesos definidos anteriormente es demasiado baja para una aplicación comercial. Las vías de producción de H2 no se han identificado completamente y la reacción sigue siendo energéticamente desfavorable. De hecho, hasta la fecha, el conocimiento completo de la principal enzima hidrogenasa involucrado en la producción de hidrógeno, es insuficiente. Las estructuras cristalinas de sólo dos [FeFe] enzimas con respecto a la fermentación oscura se han determinado. Estos incluyen hidrogenasa I enzima de Clostridium pasteurianum (IPC) y la estructura cristalina de la estructura de la [FeFe] -hydrogenase de desulfuricans desulfuricans (DdHydAB). Esto ha limitado la comprensión del proceso de la catálisis y la deficiencia en el desarrollo de hidrogenasas de ingeniería. Por otra parte, la limitación termodinámica del proceso hace que sea tecnológica y económicamente difícil, en comparación con el proceso de bioetanol o metano. Presión parcial de H2 interrumpe gravemente la eficiencia de los procesos y se suma a los problemas de la disminución de los rendimientos. Sin embargo, los procesos integrados pueden ayudar a superar el problema de bajo rendimiento.

3.4.2.2 Tratamiento de Biomasa RSS Algunos Stock es demasiado costoso

Hay una necesidad de desarrollar métodos de bajo costo para el cultivo, la cosecha, el transporte y el tratamiento previo de los cultivos energéticos y / o productos de desecho de biomasa. La ventaja añadida para el proceso de fermentación oscuro es el uso de residuos para la generación de energía limpia. Sin embargo, la mayoría de los residuos necesitan ser pretratada antes de que pueda ser utilizado eficazmente. El pretratamiento es una etapa de proceso crucial para la conversión bioquímica de la biomasa lignocelulósica en biohidrógeno. Se requiere para alterar la estructura de la biomasa celulósica de celulosa para hacer más accesible a las enzimas que convierten los polímeros de hidratos de carbono en azúcares fermentables (Mosier et al., 2005). El tratamiento previo ha sido reconocido como uno de los pasos de procesamiento más caras de conversión de la celulosa en azúcar fermentable biomasa-a, y varios artículos de revisión recientes proporcionar una visión general del campo (Hendriks y Zeeman, 2008; Taherzadeh y Karimi, 2008; Alvira et al ., 2009;

Carvalheiro et al, 2008).. Un número de características físicas, químicas, biológicas y procesos de pretratamiento están disponibles (Harmsen et al, 2010.) Para el tratamiento previo; sin embargo, actualmente se traducen en pérdidas de azúcar y aumentan los costos de operación. Por lo tanto, existe una necesidad inmediata para abordar la cuestión de desarrollar procesos rápidos y rentables.

3.4.2.3 incompleta degradación del sustrato

Fermentación oscura está llena de retos de conversión de sustrato incompletos. Esto limita la producción acumulada total. Introducción de nuevas vías y procesos híbridos puede mejorar los rendimientos del proceso.

3.4.2.4 Falta de cepa industrial robusta

No hay claro contendiente para un microorganismo resistente, capaz industrialmente que puede ser metabólicamente diseñado para producir más de 4 mol H2 / mol de glucosa. Actualmente, no hay pruebas fehacientes de que cualquier microbio de origen natural o puede producirá más de 4 moles de hidrógeno por mol de glucosa. El logro de mayores rendimientos es un hacer o romper fundamental para la producción directa de hidrógeno a través de la fermentación. Por lo tanto, un objetivo de la investigación fundamental es crear un organismo tal a través de ingeniería metabólica. El resultado ideal sería un microorganismo que sea capaz de producir altos rendimientos de hidrógeno a partir de una materia prima barata. Se necesita una serie de avances técnicos de alta prioridad y las actividades de I + D, incluidas las herramientas genéticas para superar la barrera metabólica mediante la manipulación del flujo de electrones en los organismos que producen hidrógeno (por ejemplo, solo organismo huésped para la expresión transgénica de vías de hidrógeno; genómica de base de datos; medida aleatoria del genoma / herramientas combinatorias, etc).

3.4.2.5 Aspectos de Ingenieria

Varios temas de ingeniería deben ser abordados, que incluyen Tasa de producción de H2 continua estable a largo plazo Escala-up del proceso Separación / purificación de H2

Reactores actuales no realizan de manera óptima, especialmente bajo condiciones requeridas para la producción industrial de hidrógeno (es decir, un rendimiento robusto, fiable, y los rendimientos de alto sostenida de hidrógeno). La investigación es necesaria para mejorar los diseños de reactores y los parámetros del proceso, incluyendo la tecnología de membranas para reducir las concentraciones de hidrógeno dentro del reactor y técnicas mejoradas para la mezcla, el pH y control de la temperatura y la recolección de células.

3.4.2.6 Sensibilidad de hidrogenasa al oxígeno

Sensibilidad oxígeno es un tema crítico en el desarrollo del proceso de hidrógeno. Con los años, varios científicos han intentado desarrollar una hidrogenasa insensible oxígeno. Sin embargo, los resultados hasta ahora no han sido alentadores. En particular [FeFe] hidrogenasas se destruye irreversiblemente por el oxígeno, mientras que el oxígeno no afecta a la integridad estructural de [NiFe] hidrogenasas pero reversiblemente inactiva su función catalítica. Se ha demostrado mediante varias técnicas espectroscópicas que una especie de oxígeno está unido entre el níquel y el hierro (Brecht et al., 2003). Este ligando puente ocupa la posición que se requiere para la

unión de un hidruro formal bajo condiciones de volumen de negocios. El ligando puente de oxígeno se elimina de forma reductora, por lo tanto, da acceso hidrógeno al sitio catalítico.

Recientemente, Bingham et al. (2012) presentó un documento en el AIChE Conferencia tópica Reunión Anual de Producción de Hidrógeno y almacenamiento. En el documento, que describe el descubrimiento de una cepa mutante de Clostridium pasteurianum (IPC) con aumento de la sensibilidad de hidrógeno [FeFe] I. hidrogenasa Una proteína plataforma de cribado basado en síntesis libre de células se utiliza para identificar un mutante inicial de una mutación al azar biblioteca IPC. Ellos identificaron una cepa mutante, que mostró significativamente mayor tolerancia hacia el oxígeno. Otros estudios revelaron tres mutaciones responsables de la sensibilidad de oxígeno. Ellos mostraron una mejora adicional en la tolerancia mediante mutagénesis por PCR en los sitios influyentes. Ellos encontraron que después de la exposición al oxígeno bajo condiciones en donde la enzima está en el estado de reposo, el hidrogenasa mutante conserva la actividad enzimática significativa en comparación con la cepa de tipo salvaje. Sin embargo, sorprendentemente, cuando la enzima es catalizar activamente la producción de hidrógeno durante la exposición al oxígeno, la hidrogenasa mutante no mostró tolerancia mejorada de oxígeno. Esto y experimentos similares muestran la extrema complejidad de la enzima hidrogenasa hacia la catálisis y la sensibilidad de oxígeno.

Sin embargo, varios modelos teóricos y explicaciones han sido propuestas por diferentes grupos de cómo teóricamente es posible superar la inestabilidad de oxígeno. Goldet et al. (2009) han propuesto que dos pasos pueden ser limitante de la velocidad en la inhibición de oxígeno: (1) la difusión de oxígeno a través de la proteína al bolsillo del sitio activo, y (2) la unión de oxígeno a la [2Fe] subcluster H (Roseboom et . al, 2006). Además, se ha propuesto que los grupos accesorio [FeS] pueden desempeñar un papel crucial en el mecanismo de inactivación de oxígeno (limón y Peters, 1999). Tard et al. (2005) describieron que la molécula de oxígeno se une inicialmente a la Fe distal del [2Fe] H subcluster, entonces se forma una especie de oxígeno reactivo que destruye el [4Fe4S] subcluster H. El Fe distal, el más alejado de la Fe clúster H [4Fe4S], se cree que es el sitio de unión de hidrógeno-y también el sitio de unión reversible de carbono en monóxido de e inhibición (Peters et al, 1998;.. Pandey et al, 2008 ).

Algunos otros grupos han estudiado la inactivación de oxígeno mediante la electroquímica película de proteína. En esta técnica, la enzima, hidrogenasa, se adsorbe a un electrodo, y su actividad se mide directamente por la transferencia de electrones a través del electrodo bajo oxidante o reductor potenciales durante la exposición de oxígeno (Nicolet et al, 2001;. Silakov et al., 2007; Lubitz et al., 2007). Proteína experimentos electroquímicos película han demostrado que la inhibición de monóxido de carbono reversible protege contra la inactivación oxígeno y ha proporcionado una prueba más a favor de la unión en el átomo de Fe distal O2 (Pandey et al., 2008). Se ha propuesto que la difusión de oxígeno se produce en el sitio activo hidrogenasa causando la inactivación de la enzima. En vista de esto, otro método propuesto para superar la sensibilidad de oxígeno sugiere limitar la difusión de moléculas de oxígeno al sitio activo (Stripp et al., 2009a, b). Sobre la base de esta hipótesis, una pantalla desarrollado por Boyer et al. (2008) conservarían más actividad después de la exposición al oxígeno que la proteína de tipo salvaje. En esta pantalla, hidrogenasas mutados se expresaron y se activan en reacciones de síntesis de proteínas libres de células primero. Las actividades de hidrogenasa se midieron a continuación, antes y después de la exposición al oxígeno. Se creía que si la estructura de la proteína podría ser modificado para excluir mejor oxígeno, el sitio activo estaría protegido si o no la enzima se activa catalizando la reacción de conversión de hidrógeno en el momento de la exposición al oxígeno (Bingham et al., 2012).

3.4.2.7 Mezcla de consorcios han metanógenos: Supresión de metanógeno Actividad

Consorcios mixtos que son reportados a ser mejores productores de hidrógeno en comparación con cepas puras especialmente si algunas culturas-anaerobios mixtos no pueden producir H2, ya que se consume rápidamente por las bacterias productoras de metano. El éxito de la producción de H2 biológica requiere la inhibición de microorganismos H2 consume, como metanógenos, y el pretratamiento de la cultura de los padres es una de las estrategias utilizadas para la selección de la microflora requisito. Las diferencias fisiológicas entre las bacterias productoras de H2 y H2 bacterias que consumen (bacterias metanogénicas) constituyen la base fundamental detrás del desarrollo de diversos métodos utilizados para la preparación de semillas H2-productores. El problema se puede resolver utilizando los métodos de dilución tradicionales. Los metanógenos de cultivo mixto también podrían ser eliminadas / reprimida por el mantenimiento de la TRH a corto (2-10 h) como H2-producir bacterias crecen más rápidamente que los metanógenos (Fang y Liu, 2002; Lin y Jo, 2003; Fan et al, 2006.).

3.4.2.8 Baja gaseoso recuperación de energía

Considerando los valores de menor calentamiento (PCI) de hidrógeno y la glucosa como 238 kJ / mol y 2976 kJ / mol, respectivamente, después de análisis de energía se realizó de acuerdo a Nath et al. (2006) (Ecuación 3.23).

La recuperación de energía como el hidrógeno a partir de sustrato se puede calcular como sigue:

Teniendo en cuenta, ácido acético como el único metabolito final, que produce 4 mol H2 / mol de glucosa, la energía recuperada del sustrato es 32%. Esto es bajo en comparación con el etanol y el metanol como biocombustibles, donde la recuperación del producto es del 80-90% cerca del máximo teórico (Claassen et al., 2000). Un objetivo competitiva para las fermentaciones de H2 sería producir un rendimiento de aproximadamente 10 mol H2 / mol de glucosa, cerca de los rendimientos de etanol a partir de almidón de maíz convencionales. Un reciente análisis tecno-económico llegó a la conclusión de que si un rendimiento tales eran alcanzables, H2 costos de producción serían similares a los de las fermentaciones de etanol, o sólo ligeramente más alto debido a la manipulación (costes de purificación y almacenamiento de H2 (Eggeman, 2004). La fundamental más alta de combustible preguntas en fermentaciones H2 es, por lo tanto, la forma de lograr este objetivo (Benemann y Pedronni, 2008).

Por otra parte, Benemann y Pedroni (2008) son de la opinión que para maximizar la producción de hidrógeno a partir de las bacterias, el crecimiento de los microbios debe ser detenido. Esto es contrario a metano y etanol fermentaciones, donde el producto se asocia crecimiento. Para aumentar los rendimientos de producción de H2, sería necesario para desacoplar crecimiento de la biomasa a partir de la formación de producto, tal como se utiliza en varios otros procesos industriales. Sin embargo, esto sigue siendo un área incipiente y necesita ser trabajado. Esto es esencial porque tanto la producción de biomasa y la generación de hidrógeno compiten por

los mismos equivalentes reductores. Por lo tanto, la forma de canalizar el metabolismo celular en la reducción potencial redox bajo ferredoxina, requerido para la producción de H2, es una de las cuestiones clave que es necesario abordar para aumentar el rendimiento y la velocidad del proceso.

3.4.2.9 Biomasa y Fin de metabolitos Formación competir con la producción de hidrógeno

Además de biomasa, otros metabolitos finales, formados durante la fermentación anaeróbica, también compiten con la producción de hidrógeno. Se debe entender que todos los metabolitos finales no están relacionados con la producción de hidrógeno. Principalmente, la producción de acetato se asocia con 4 moles de glucosa H2 / mol. Butirato produce 2 moles de hidrógeno. Sin embargo, los productos finales, tales como propionato, lactato, y solventes como el etanol no se asocian con la producción de hidrógeno. De hecho, la formación de estos productos reducidos impulsa el equivalente reductor y los protones de distancia de la producción de hidrógeno y disminuye el rendimiento final del producto deseado. Por lo tanto, recientemente, los investigadores han centrado su atención para redirigir la vía metabólica mediante el bloqueo o eliminación de otros metabolitos finales de la competencia.

3.4.2.10 termodinámicos Limitaciones

Además de fermentación oscuro, el rendimiento de 4 moles de hidrógeno por mol de glucosa es limitante. El rendimiento teórico global alcanzable es baja en comparación con el rendimiento total que se puede lograr en términos de etanol como combustible o metano. Limitaciones termodinámicas restringen el rendimiento global. Más fundamentalmente, un rendimiento casi estequiométrico es sólo alcanzable en condiciones cercanas al equilibrio, lo que implica tasas muy lentas, y / o a presiones parciales muy bajas de H2.

3.4.2.11 Integración de Procesos

La falta de entendimiento sobre la mejora de la economía del proceso de integración de la producción de H2 con otros procesos ha sido discutido en detalle en la siguiente sección.

3.4.3 Progresos realizados en el campo de la Oscura Fermentación

Enfoques tecnológicos para eludir estos problemas pueden ser combinar enzimas o caminos con propiedades deseables de diferentes organismos para generar un camino híbrido robusto. Otros enfoques implican la comprensión y el control de la regulación celular de los productos génicos necesarios para la producción de hidrógeno.

3.4.3.1 Superando Barreras Techno-Ingeniería

Es posible que los sistemas de producción de hidrógeno fermentativa se pueden hacer más económico mediante la combinación con otros procesos que se suman al rendimiento del proceso. Los ejemplos pueden incluir un reactor de fermentación oscuro seguido de un reactor fotobiológico; un sistema de dos o tres etapas que utiliza la totalidad de la materia prima de biomasa (celulosa, hemicelulosa, y lignina); o un sistema de fermentación

que incluye un otro microbio adecuado para la conversión de subproductos de fermentación (por ejemplo, ácidos orgánicos) a hidrógeno. Tales sistemas híbridos serían sin duda mejorar el rendimiento total del proceso.

3.4.3.2 Los avances moleculares

Varios avances moleculares se han hecho en el campo. Los avances moleculares se dirigen tanto a nivel de organismo y el nivel de la enzima. En el nivel de organismo, se han hecho intentos para mejorar la producción de hidrógeno por la sobreexpresión heteróloga de [FeFe] hidrogenasa a partir de organismos más potentes, la sobreexpresión homóloga de las enzimas, y la eliminación de vías competidoras. A nivel enzimático, se han hecho intentos para superar la sensibilidad de oxígeno de la enzima. Todos estos factores se han discutido en detalle en el capítulo 5.

3.4.3.3 Modelado y Optimización del Proceso

Modelado y optimización han llevado a cabo en los intentos para mejorar la producción de biohidrógeno. Los rendimientos y las tasas de cualquier bioproceso óptimas dependen de hasta varios factores, principalmente, pH, temperatura, concentración de sustrato, y la disponibilidad de nutrientes, entre otros. Aunque muchos estudios han informado de los efectos de variar parámetros individuales de una en una, modelado y análisis podrían ser utilizados para determinar los valores óptimos de los parámetros importantes pertinentes. Hoy en día, un número de métodos de modelado se han desarrollado para encontrar los valores más adecuados. Un modelo ampliamente utilizado que se utiliza en los procesos de producción de hidrógeno es el modelo de Gompertz. Una curva de Gompertz o función Gompertz, el nombre de Benjamin Gompertz, es una función sigmoide. Es un tipo de modelo matemático para una serie de tiempo, donde el crecimiento es más lenta en el inicio y el final de un período de tiempo. La mano derecha o en el futuro asíntota valor de la función se aborda mucho más gradualmente por la curva de la mano izquierda o la asíntota de valor inferior, en contraste con la función logística simple en la que ambas asíntotas son abordados por la curva simétricamente. Fue diseñado para estudiar el crecimiento, sin embargo la forma de la ecuación de Gompertz modificada ahora es ampliamente utilizado para estudiar los resultados experimentales y simulados obtenidos de hidrógeno set-ups (Nath et al, 2006;.. Khanna et al, 2011). Aunque las vías metabólicas y los flujos están relativamente bien comprendidos por un cultivo puro fermentación de un sustrato definido, este tipo de análisis, sin embargo, puede tener algún valor para el modelado de fermentaciones de sustratos complejos por consorcios microbianos que implican múltiples tipos de interacciones metabólicas con desconocidos.

3.4.3.4 Escala Piloto de Demostración de la Tecnología

Varios grupos de investigación han intentado aumentar la escala de la tecnología de fermentación oscuro a la escala de banco y la escala piloto. Ren et al. (2006) demostraron la operación con éxito de un reactor a escala piloto de 1,48 m3 de capacidad usando la melaza como sustrato. Ellos mostraron la operación del reactor durante 200 días. Ellos reportaron una tasa óptima de carga orgánica (OLR) de 3,6 a 99 × 10-5 kg de DQO / m3 s durante el cual los rendimientos de hidrógeno se incrementaron con el aumento de OLR, sin embargo, mayor OLR disminuyeron los rendimientos drásticamente. El biogás comprende principalmente CO2 y H2 y contienen 40-52% (v / v) de hidrógeno. Una tasa de producción de H2 máximo de 645 × 10-5 m3 de H2 / m3 s con una velocidad de producción de H2 específica de 0,87 × 10-5 m3 de H2 / kg (de MLVSS) se obtuvo s. Una planta

piloto de la capacidad de 0,8 m3 se encuentra en funcionamiento en el Instituto Indio de Tecnología de Kharagpur utilizando células enteras inmovilizada (E. cloacae IIT-BT 08) biorreactor (Figura 3.10).