Produzione di bioidrogeno in dark fermentation da scarti dell'industria agroalimentale mediante l'impiego di batteri ipertermofili

• Main Author: Alberini, Andrea <1983>
• Other Authors: Pinelli, Davide
• Format: Doctoral Thesis
• Language: it
• Published: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna 2013
• Subjects: ING-IND/25 Impianti chimici
• Online Access: http://amsdottorato.unibo.it/5388/

La presente tesi di dottorato ha come argomento la produzione d’idrogeno per via fermentativa sfruttando il metabolismo anaerobico di particolari batteri estremofili del genere Thermotoga. In questo lavoro, svolto in seno al progetto Bio-Hydro, sfruttando reattori batch da 116 mL, è stato selezionato il ceppo migliore di Thermotoga fra i quatto ceppi testati: T. neapolitana. Una volta individuato il candidato batterico migliore è stato individuato il valore ottimale di pH (8.5 a t.amb) per la produzione d’idrogeno. Un intenso lavoro è stato svolto sul medium di coltura permettendone la minimizzazione e rendendolo così economicamente sostenibile per il suo utilizzo nel reattore da 19L; in questo caso il glucosio è stato completamente sostituito con due sottoprodotti agroindustriali individuati in precedenza, il melasso di barbabietola e il siero di latte. Sono stati poi eliminati i gravosi micronutrienti e le vitamine. È stata sfruttata la capacità di T. neapolitana di produrre biofilm e sono stati testati 4 diversi supporti in vetro sinterizzato e ceramici, tali test hanno permesso di individuare Biomax come supporto migliore. Sono stati svolti studi sul metabolismo di T. neapolitana volti ad individuare le concentrazioni inibenti di ogni substrato testato, l’inibizione da prodotto (idrogeno) e l’inibizione da ossigeno. Tutte queste prove hanno dato le conoscenze di base per la conduzione di esperienze su reattore da 19L. L’innovativo reattore di tipo SPCSTR è stato interamente studiato, progettato e costruito presso il DICMA. dell’Università di Bologna. La conduzione di esperienze batch su SPCSTR ha dato la possibilità di verificare il funzionamento del nuovo tipo d’impianto. Presso il Wageningen UR (NL), è stata svolta la selezione del miglior ceppo di Caldicellulosisruptor fra 3 testati e del miglior supporto per la produzione d’idrogeno; è stato poi costruito testato e condotto in continuo l’innovativo reattore CMTB. === This PhD thesis has its subject in the production of bio-hydrogen by dark-fermentation, basing on an anaerobic metabolism of a particular extremophile bacteria of the genus Thermotoga. In this work, carried out within the project Bio-Hydro, using 116mL flasks, the best strain T. neapolitana was selected among four strains tested:. Once the bacterial best candidate has been identified, the optimal value of pH (8.5 at room temperature) for the production of hydrogen has been found. An intense work has been done on the culture medium allowing its minimization making it cost effective for its use in the 19L reactor. In this case glucose was completely replaced with two agro-industrial by-products, the sugar beet molasses and the milk whey. Then micronutrients and vitamins were eliminated. It has been exploited the ability of T. neapolitana to produce biofilm: four different supports were tested. Such tests have allowed to identify Biomax as the best support. Studies have been made on the metabolism of T. neapolitana aimed to identify the inhibitory concentrations of each substrate tested. Also the inhibition by hydrogen and oxygen were investigated. All these tests have given the basic knowledge for the experiments on the 19L reactor. The innovative reactor SPCSTR was entirely designed, developed and built at DICMA: University of Bologna. Batch experiments conducted in SPCSTR gave the opportunity to test this new kind of reactor. At the UR Wageningen (NL), the selection of the best strain among three Caldicellulosisruptor tested was carried out and the best support for the hydrogen production was selected. An innovative reactor CMTB was constructed and tested and continuous experiment was done.