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Desarrollo de un proceso de producción fotofermentativa de hidrógeno a partir de suero de leche

Castillo Moreno, Patricia (2018) Desarrollo de un proceso de producción fotofermentativa de hidrógeno a partir de suero de leche. Doctorado thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá.

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Resumen

El hidrógeno es un gas importante como fuente de energía limpia y como materia prima de algunas industrias. Los procesos biológicos de producción de hidrógeno están ganando importancia debido a las ventajas de sus condiciones operativas y la versatilidad en los sustratos utilizados. En este proyecto se desarrolló una metodología fotofermentativa de producción de hidrógeno utilizando suero de leche como sustrato para la bacteria Rhodobacter capsulatus cepas IR3::LacZ y B10::LacZ. El proyecto se realizó en tres etapas las cuales se representan en los diferentes capítulos. En la primera etapa se utilizó suero de leche sintético para identificar los factores más relevantes para la producción de hidrógeno utilizando la metodología de diseño de experimentos. Como resultado de esta etapa se obtuvieron 4 modelos estadísticos para cada cepa y solución amortiguadora. Se eligió la cepa IR3::LacZ para los experimentos de las etapas posteriores. La productividad máxima y el rendimiento producto sustrato YP/S obtenidos para la primera etapa fueron 64 ml h-1L-1 y 2.08 mol H2 mol-1 C (C se refiere a las fuentes de carbono en este caso lactosa y lactato) para la solución amortiguadora fosfato y 43.01 ml h-1L-1 y 2.52 mol H2 mol-1 C para la solución Kolthoff. La segunda etapa evaluó la producción de hidrógeno con suero de leche industrial. Se aplicó un pretratamiento de tres etapas: reducción de contenido graso, desproteinización y pasteurización. Se obtuvo un modelo validado que describe la producción de hidrógeno para la solución amortiguadora fosfato. La productividad volumétrica máxima y el YP/S fueron 45.93 ml h-1L-1 y 2.29 mol H2 mol-1 C respectivamente. Se analizó la influencia de una etapa de homofermentación láctica en el pretratamiento obteniendo que mejora la producción de hidrógeno con una productividad volumétrica de 69.71 ml h-1L-1 y un YP/S de 2.96 mol H2 mol-1 C. La tercera etapa fue el escalamiento de los experimentos a reactores. Se evidenció contaminación en los reactores la cual llevó a una alta producción de biogás compuesto exclusivamente por H2 y CO2 este último en una concentración no superior a 30% (v/v). Se concluyó que el proceso de producción integrada, uniendo la fermentación oscura y fotofermentación es una opción con gran potencial para el uso del suero de leche como sustrato en la producción de hidrógeno., Abstract: Hydrogen is an important gas that can be use as clean energy source and feedstock in some industries. Biological production methods are gaining importance due to their operational conditions and substrates versatility (including wastewater). During this project was develop a photofermentative hydrogen production methodology using cheese whey (CW) as a substrate of the bacteria Rhodobacter capsulatus strains IR3::LacZ and B10::LacZ . The project was made in three stages, each one represented in the different chapters. Synthetic whey was used during the first stage to identify the most relevant variables with the Design of Experiments methodology (DOE). As a result of the first stage were obtained four statistical models for each strain and buffer solution and the strain IR3::LacZ was selected to be use in the following stages. The maximum volumetric yield and the product/substrate yield YP/S were 64 ml h-1L-1 and 2.08 mol H2 mol-1 C (C is the carbon source in this case lactose and lactate) and 43.01 ml h-1L-1 and 2.52 mol H2 mol-1 C for phosphate buffer and Kolthoff buffer, respectively. The second stage evaluated the production of hydrogen with industrial whey. A three-step pretreatment was applied to CW: fat reduction, deproteinization and sterilization. A validate statistical model describing hydrogen production was obtained for phosphate buffer. The maximum volumetric yield and the product/substrate yield YP/S were 45.93 ml h-1L-1 and 2.29 mol H2 mol-1 C, respectively. Lactic homofermetation was study as an additional step of the pretreatment improving the production yield. The volumetric productivity was 69.71 ml h-1L-1 and a YP/S of 2.96 mol H2 mol-1 C. The third stage was the scale-up of reactors. Bacterial contamination was observed which lead to a high biogas production exclusively composed of H2 and CO2, the last in a concentration not exceeding 30% (v/v). For this reason, it was concluded that the integrated production process coupling dark and photo fermentations is an option with great potential for the use of whey as substrate in the production of hydrogen.

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Doctorado)
Colaborador / Asesor:Serrato Bermudez, Juan Carlos and Magnin, Jean Pierre
Información adicional:Doctor en Ingeniería Química. Línea de Investigación: Bioprocesos.
Palabras clave:Hidrógeno, Fotofermentación, Suero de leche, Biohydrogen DOE, Photofermentation, Rhodobacter capsulatus, Cheese whey
Temática:6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology
6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering
6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering
Unidad administrativa:Sede Bogotá > Facultad de Ingeniería > Departamento de Ingeniería Química y Ambiental > Ingeniería Química
Código ID:64398
Enviado por : Patricia Castillo Moreno
Enviado el día :15 Junio 2018 14:11
Ultima modificación:15 Junio 2018 14:11
Ultima modificación:15 Junio 2018 14:11
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