3.2 Các công nghệ màng sản xuất hydro sinh học
3.2.2 Cơng nghệ màng kỵ khí sản xuất hydro sinh học (CSTR )
Đậu phụ đậu tương (đậu phụ) là một thành phần phổ biến trong các món ăn châu Á và thường được chế biến bằng cách nghiền đậu nành và đun sơi đậu nành, sau đó tiếp tục xử lý bằng cách lọc, làm đơng protein, bảo quản và đóng gói [2]. Trong chế biến, lên đến 30% khối lượng của đậu tương bị mất là chất thải, chiếm gần 8.105 tấn mỗi năm ở Hàn Quốc và Nhật Bản. Tuy nhiên, do chất thải đậu tương có hàm lượng hữu cơ cao, bao gồm 40 – 60% carbohydrate, nó sẽ là lý tưởng để sử dụng sản phẩm chất thải sinh học phong phú này cho các thế hệ sản xuất H2.
Giữa các chất carbohydrate, lipid, và protein thì carbohydrate có tiềm năng sản xuất H2 cao hơn nhiều so với hai hợp phần còn lại. Lựa chọn carbohydrate này trong sản xuất hydro đã được nghiên cứu rất tốt. Ví dụ, trong một nghiên cứu, sản lượng của H2 khoảng 19,3 – 96,0 mL/g, chất rắn bay hơi (VS) được lấy từ bắp cải, cà rốt, và gạo, trong khi đó tổng hợp H2 từ chất thải thực phẩm bao gồm protein (trứng và thịt nạc) eand lipid (mỡ và da gà) là không đáng kể [3]. Dữ liệu từ một nghiên cứu khác chỉ ra rằng tiềm năng sản xuất H2 của các nguyên liệu giàu carbohydrate, chất thải rắn là cao hơn so với chất béo và chất giàu protein gần 20 lần [4].
Một số nghiên cứu đã sử dụng chất thải chế biến đậu phụ (TPW) như là một chất hữu cơ cho sản xuất H2. Noike et al. [5] đã cố gắng sử dụng TPW như chất nền cho sản xuất H2 bởi khuẩn Clostridium acetobutylicum điều kiện ưa nhiệt. Trong ba ngày đầu tiên hoạt động, H2 được sản xuất liên tục, nhưng sản xuất của nó đã ngừng vào ngày 5 và không bao giờ phục hồi. Các tác giả cho rằng việc giảm này để tác dụng ức chế các vi khuẩn axit lactic nội tại, có thể được khắc phục bằng tiền xử lý nhiệt của TPW tại 70 0C trong 30 phút. Tuy nhiên, khi bước tiền xử lý này đã được đưa vào quy trình sản xuất H2, năng suất H2 vẫn rất thấp: 0,52 mol H2/mol hexose, mà chỉ là 13% của giá trị về mặt lý thuyết có thể đạt được, dựa trên các nguyên liệu TPW ban đầu.
Hoạt động của lị phản ứng ở nhiệt độ cao có thể nâng cao hiệu suất của q trình lên men H2 bằng cách thúc đẩy quá trình thủy phân và đơn giản hóa sự đa dạng của vi sinh vật có lợi cho sản xuất H2. Trong một hoạt động liên tục, Gavala et al và Yu et al quan sát sản xuất tăng cường H2 từ glucose và nước thải nhà máy rượu gạo, lượng hydro tăng khi họ tăng nhiệt độ lên men 35-55 C. Ngoài ra, theo Shin et al. [8] và Valdez-Vazquez et al sản xuất H2 thu được từ vi khuẩn ưa nhiệt nuôi cấy cao hơn rất nhiều so với từ vi khuẩn mesophilic, do thay đổi và sự khác biệt của q trình trao đổi chất có lợi cho sản xuất H2.
Ở đây, sử dụng phương pháp mới để liên tục sản xuất hydro đó là phương pháp lên men từ TPW. Sử dụng hỗn hợp hệ vi sinh kỵ khí được ni trong mơi trường chịu nhiệt trong lò phản ứng khuấy liên tục (CSTR). Nhận thấy rằng, thực tế sử dụng hỗn hợp vi khuẩn vi sinh kỵ khí so với sử dụng vi khuẩn tinh khiết có nhiều ưu điểm hơn như hoạt động của lò phản ứng dế dàng kiểm sốt, có thế sử dụng ngun liệu với phạm vi rộng hơn. Ngoài ra, màng sợi rỗng sử dụng với CSTR sẽ tạo ra phản ứng sinh học màng (MBR) khiến thời gian lưu của sinh khối và chất rắn tăng.