Учёные из Казани создали экологически чистый метод получения биоводорода из соломы

Исследователи двух казанских университетов - Казанского государственного аграрного университета (КазГАУ) и Казанского национального исследовательского технологического университета (КНИТУ) - добились значительных успехов в разработке экономически выгодного и экологически чистого метода производства биоводорода. Об этом сообщила пресс-служба КазГАУ.

Биоводород рассматривается как один из самых перспективных альтернативных источников энергии. Учёные предложили использовать солому в качестве сырья для получения биоводорода, поскольку она является доступным и недорогим материалом. Ключевым элементом успеха новой технологии стала оптимизация процесса предварительной обработки соломы перед ферментацией. Эффективная предварительная обработка позволяет максимально использовать потенциал растительных отходов для производства биоводорода и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду, отметил старший преподаватель кафедры машин и оборудования в агробизнесе КазГАУ И. Гайфуллин.

Исследователи провели серию экспериментов для изучения влияния различных методов предварительной обработки соломы на эффективность последующей ферментации и выход биоводорода. В результате была разработана двухстадийная технология, включающая паровзрывную обработку соломы при температурах 165-210°C, за которой следует кислотный или ферментативный гидролиз. Паровзрывная обработка изменяет структуру лигноцеллюлозного комплекса соломы, увеличивая доступность целлюлозы и гемицеллюлозы для ферментативного гидролиза. В процессе гидролиза полисахариды разлагаются на простые сахара, которые бактерии могут использовать для производства молекулярного водорода.

Для фtрментации соломы использовались два штамма бактерий — Clostridium butyricum и Enterobacter cloacae, известные своей способностью производить водород. Оптимальные параметры ферментации для каждого штамма были определены экспериментально, что обеспечивает максимальный выход целевого продукта.

• Clostridium butyricum показал наилучший выход водорода (73 мл/г субстрата) при использовании кислотных гидролизатов соломы, обработанной при температуре 165°C, при концентрации субстрата 2%, температуре ферментации 37°C и pH 6.
• Enterobacter cloacae достиг максимального производства водорода (50 мл/г субстрата) на ферментативных гидролизатах соломы, прошедшей паровзрывную обработку при 210°C, при тех же условиях концентрации субстрата и pH, но при температуре ферментации 36°C.

Теоретически, используя эту технологию, можно получить до 73 кубометров биоводорода из 1 тонны соломы с Clostridium butyricum и до 50 кубометров с Enterobacter cloacae. При этом себестоимость производства биоводорода из соломы может быть значительно ниже, чем при использовании традиционных пищевых видов сырья, таких как глюкоза или сахароза.

Промышленное применение данной технологии поможет уменьшить зависимость от ископаемых видов топлива и решить проблему утилизации сельскохозяйственных отходов, что снизит негативное воздействие на окружающую среду.

Результаты исследования опубликованы в журнале «Вестник Казанского государственного аграрного университета». Дальнейшие исследования будут направлены на масштабирование технологии и оптимизацию процессов предварительной обработки и ферментации для повышения экономической эффективности производства биоводорода из растительных отходов.

Информация опубликована: 17.07.2024 г.