Valofermentaatio
Valofermentaatio on orgaanisen substraatin käymisreaktio, jolla tuotetaan vetykaasua. Valofermentaatiota ilmenee monipuolisilla fotosynteettisillä bakteereilla sarjassa biokemiallisia reaktioita, joissa on kolme samanlaista vaihetta kuin anaerobisessa muuntamisessa. Valofermentaatio eroaa pimeäfermentaatiosta, koska se etenee vain valon läsnäolosta.
Valofermentaatio esimerkiksi Rhodobacterium Sphaeroides SH2C:lla (tai monilla muilla ei-rikkibakteereilla)[1] voidaan käyttää pienten molekyylirasvahappojen muuntamiseksi vedyksi[2] ja muiksi tuotteiksi.
Valoriippuvaiset reaktiot
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Fototroofiset bakteerit
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Fototroofiset bakteerit tuottavat vetykaasua valofermentaation kautta, jossa vety on peräisin orgaanisista yhdisteistä.[3]
Fotolyyttiset tuottajat
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Fotolyyttiset tuottajat ovat samankaltaisia kuin fototroofiset bakteerit, mutta vetylähde tulee vesimolekyyleistä, jotka hajoavat, kun organismi on vuorovaikutuksessa valon kanssa. Fotolyyttiset tuottajat koostuvat levistä ja tietyistä fotosynteettisistä bakteereista.[3]
Kestävän kehityksen energiantuotanto
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Valofermentaatiota ei-rikkibakteereilla on tutkittu biopolttoaineen tuottamiseksi.[4] Näiden bakteerien luonnollista fermentointituotetta, vetykaasua, voidaan käyttää maakaasun energianlähteenä.[5][6] Valofermentaatiota levillä käytetään bioetanolituotantoon.[7]
Mekanismi
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Bakteerja ja niiden energialähdettä pidetään hapettomassa bioreaktorikammiossa, joka ei läpäise ilmaa. Bakteerilajin oikea lämpötila pidetään bioreaktorissa.[6] Bakteerejä ravitaan hiilihydraatilla, joka koostuu yksinkertaisista sakkaridimolekyyleistä. Nämä hiilihydraatit ovat tyypillisesti peräisin maatalous- tai metsätalousjätteestä.[8]
Muunnelmat
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Rhodopsudomonas Palustris -villityyppien lisäksi tutkijat ovat käyttäneet geneettisesti muunnettuja muotoja myös vedyn tuottamiseksi.[4] Muita tutkimuksia ovat bioreaktorijärjestelmän laajentaminen bakteerien, levien tai syanobakteerien yhdistelmänä.[6][8] Etanolia on tuotettu mm. Chlamydomonas Reinhardtii -levän avulla vuorottamalla prosessissa valoa ja pimeää.[7] Valon ja pimeän vuorotteluprosessia on tutkittu bakteereilla myös vetytuotannossa.[9]
Edut
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Bakteereja syötetään tyypillisesti eriteltyjen maatalousjätteillä tai ei-toivottuilla viljelykasveilla[4][10]. Tällaisen jätteen suuri runsaus takaa vakaan ravinnon tuotannon bakteereille ja näin inhimillisiä jätteitä saadaan käytettyä tuottavasti.[4] Pimeäfermentaatioon verrattuna valofermentaatio tuottaa enemmän vetyä reaktiokohtaisesti välttäen happamia lopputuotteita, joita syntyy pimeäfermentaatiossa.[11]
Rajoitukset
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Valofermentaation ensisijaiset rajoitukset kestävän kehityksen energianlähteenä johtuu bakteerien ylläpitämiseen liittyvistä tarkoista vaatimuksista bioreaktorissa.[6] Tutkijat ovat havainneet bioreaktoreissa vaaditun vakiolämpötilan olevan vaikea ylläpitää.[6] Lisäksi bakteerien kasvuväliainetta on sekoitettava niin, ettei bioreaktorijärjestelmään pääse ilmaa.[8][6]
Aiheeseen liittyvää
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Lähteet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- ↑ Mark D. Redwood, Marion Paterson-Beedle, Lynne E. Macaskie: Integrating dark and light bio-hydrogen production strategies: towards the hydrogen economy. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 6.12.2008, nro 8, s. 149. doi:10.1007/s11157-008-9144-9 ISSN 1572-9826 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
- ↑ Yongzhen Tao, Yang Chen, Yongqiang Wu, Yanling He, Zhihua Zhou: High hydrogen yield from a two-step process of dark- and photo-fermentation of sucrose. International Journal of Hydrogen Energy, 1.2.2007, nro 32, s. 200–206. doi:10.1016/j.ijhydene.2006.06.034 ISSN 0360-3199 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
- ↑ a b Anish Ghimire, Luigi Frunzo, Francesco Pirozzi, Eric Trably, Renaud Escudie, Piet N. L. Lens: A review on dark fermentative biohydrogen production from organic biomass: Process parameters and use of by-products. Applied Energy, 15.4.2015, nro 144, s. 73–95. doi:10.1016/j.apenergy.2015.01.045 ISSN 0306-2619 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
- ↑ a b c d E. Corneli, A. Adessi, E. J. Olguín, G. Ragaglini, D. A. García-López, R. De Philippis: Biotransformation of water lettuce (Pistia stratiotes) to biohydrogen by Rhodopseudomonas palustris. Journal of Applied Microbiology, 2017, nro 123, s. 1438–1446. doi:10.1111/jam.13599 ISSN 1365-2672 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
- ↑ Tatyana Laurinavichene, Darya Tekucheva, Kestutis Laurinavichius, Anatoly Tsygankov: Utilization of distillery wastewater for hydrogen production in one-stage and two-stage processes involving photofermentation. Enzyme and Microbial Technology, 1.3.2018, nro 110, s. 1–7. doi:10.1016/j.enzmictec.2017.11.009 ISSN 0141-0229 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
- ↑ a b c d e f Basar Uyar: Bioreactor design for photofermentative hydrogen production. Bioprocess and Biosystems Engineering, 1.9.2016, nro 39, s. 1331–1340. doi:10.1007/s00449-016-1614-9 ISSN 1615-7605 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
- ↑ a b Rosangela Lucio Costa, Thamayne Valadares Oliveira, Juliana de Souza Ferreira, Vicelma Luiz Cardoso, Fabiana Regina Xavier Batista: Prospective technology on bioethanol production from photofermentation. Bioresource Technology, 1.4.2015, nro 181, s. 330–337. doi:10.1016/j.biortech.2015.01.090 ISSN 0960-8524 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
- ↑ a b c Quanguo Zhang, Yi Wang, Zhiping Zhang, Duu-Jong Lee, Xuehua Zhou, Yanyan Jing: Photo-fermentative hydrogen production from crop residue: A mini review. Bioresource Technology, 1.4.2017, nro 229, s. 222–230. doi:10.1016/j.biortech.2017.01.008 ISSN 0960-8524 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
- ↑ Chun-Yen Chen, Mu-Hoe Yang, Kuei-Ling Yeh, Chien-Hung Liu, Jo-Shu Chang: Biohydrogen production using sequential two-stage dark and photo fermentation processes. International Journal of Hydrogen Energy, 1.9.2008, nro 33, s. 4755–4762. doi:10.1016/j.ijhydene.2008.06.055 ISSN 0360-3199 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
- ↑ Tugba Keskin, Patrick C. Hallenbeck: Hydrogen production from sugar industry wastes using single-stage photofermentation. Bioresource Technology, 1.5.2012, nro 112, s. 131–136. doi:10.1016/j.biortech.2012.02.077 ISSN 0960-8524 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
- ↑ Kuppam Chandrasekhar, Yong-Jik Lee, Dong-Woo Lee: Biohydrogen Production: Strategies to Improve Process Efficiency through Microbial Routes. International Journal of Molecular Sciences, 2015-04, nro 16, s. 8266–8293. doi:10.3390/ijms16048266 Artikkelin verkkoversio. (englanti)
