Náttúrufræðingurinn

Volume

Náttúrufræðingurinn - 2017, Page 57

Náttúrufræðingurinn - 2017, Page 57
57 Tímarit Hins íslenska náttúrufræðifélags rannsakaður með tilliti til fram- leiðslu á vetni úr flóknum lífmassa (sellulósa, hampi (bæði laufum og stofni), grasi, pappír og hveitihálmi). Mesta vetnisframleiðslan fékkst úr sellulósa og grasi þegar lífmassinn var formeðhöndlaður með vægri sýru og ensímum, eða sem nemur 8,5 og 6,2 mólum af H2/g lífmassa. Í rannsókn á stofni Thermoanaer- obacterium stofn AK54 af ættkvísl Thermoanaerobacterium var svipaðri aðferðafræði beitt.41 Þessi stofn reyndist stunda blandaða gerjun, þ.e. framleiddi bæði etanól og vetni (ásamt mjólkursýru) og rannsóknin beindist því bæði að etanól- og vetn- isframleiðslu. Rétt eins og Clostri- dium stofn AK14 hafði þessi stofn mjög breitt hvarfefnasvið og tiltölu- lega lítill glúkósastyrkur hamlaði einnig vexti hans. Vetnisframleiðslu- geta Thermoanaerobacterium stofns AK54 var að hámarki mun minni en hjá stofni AK14, eða 1,8 mól af vetni á hvert mól af glúkósa. Úr flóknum lífmassa framleiddi hann 12,2 mól af H2/g sellulósa og 4,9 mól af H2/g hampi.41 Að lokum skulu nefndar tvær rannsóknir á bakteríum af ættkvísl Thermoana- erobacter, þ.e. stofnar GHL15 og AK68.40,48 Báðir stofnarnir höfðu breitt hvarfefnasvið og tiltölulega lítill upphafsstyrkur glúkósa hafði neikvæð áhrif á vöxt. Thermoanaer- obacter-stofn GHL15 framleiddi 3,1 mól af vetni á hvert mól af glúkósa við mjög lágan hlutþrýsting vetnis og 7,6 mól H2/g sýruformeðhöndl- uðu grasi. Rannsóknin á Thermoana- erobacter-stofni AK68 snerist ekki um getu hans til að framleiða vetni úr flóknum lífmassa heldur um áhrif margvíslegra umhverfisþátta á vetnisframleiðslu úr sykrum.48 Í ljós kom að meginástæða þess að vöxtur bakteríunnar hindraðist vegna til- tölulega lítils upphafsstyrks glúkósa stafaði ekki af hvarfefnastyrknum sjálfum heldur aukinni vetnis- myndun sem hélst í hendur við aukinn styrk hvarfefnis og hindr- aði frekari framleiðslu. Þetta stað- festu rannsóknarmenn með því að rækta stofninn í viðurvist þíósúlfats, því að tegundir innan ættkvíslar Thermoanaerobacter geta nýtt sér efnasambandið til að umbreyta vetni sem myndast við gerjunina í annaðhvort vetnissúlfíð eða hreinan brennistein. Með þessu móti helst hlutþrýstingur vetnis mjög lítill í lokaðri rækt. Þegar bakterían var ræktuð á glúkósa með 20 mM upp- hafsstyrk, án þíósúlfats, gat hún eingöngu brotið niður um 10 mM af sykrunni en þegar þíósúlfati var bætt við í ræktina var allur glúkós- inn brotinn niður. Ekki var því um hvarfefnishindrun að ræða (e. substrate inhibiton) heldur hindrun vegna lokaafurðar (e. end product inhibition), þ.e. vetnis. Önnur athygl- isverð niðurstaða í rannsókninni var sú að án þíósúlfats framleiddi bakt- erían blöndu af etanóli og ediksýru í hlutfallinu 0,76 (etanól:ediksýra) en í viðurvist þíósúlfats breyttist hlut- fallið í 0,06, þ.e. bakterían framleiddi nær eingöngu ediksýru í viðurvist þíósúlfats. Þetta sýnir hversu mik- ilvægt það er að fjarlægja vetni úr ræktun jafnóðum og það myndast, til að hámarka framleiðslu þess. Að öðrum kosti framleiðir bakterían önnur afoxuð efnasambönd, svo sem etanól. LOKAORÐ Hitakærar bakteríur búa yfir mörgum kostum sem nýtast til framleiðslu vetnis úr flóknum lífmassa. Þær geta brotið niður mjög margar sykrur sem finnast í flóknum lífmassa og hægt er á til- tölulega einfaldan máta að stýra ræktunaraðstæðum á þann veg að vetnisframleiðslan hámarkist, svo sem með því að halda hlutþrýstingi vetnis í ræktunarkerfum mjög litlum. Þær bakteríur sem eru taldar hvað best fallnar til framleiðslu á vetni eru háhitakærar og tilheyra ættkvíslunum Caldicellulosiruptor og Thermotoga. Þessar bakteríur fram- leiða margar hverjar um 2 mól af ediksýru og tæplega 4 mól af vetni úr hverju móli af glúkósa. Vetnið er hægt að nýta beint sem lífeldsneyti og ediksýru má umbreyta í annað lífeldsneyti, til dæmis metan, með því að nota metanbakteríur. English Summary Production of hydrogen with thermophilic bacteria This review focuses upon hydrogen pro- duction by thermophilic, fermentative bacteria. In recent years, biofuel produc- tion has gained increased interest, mainly due to the substantial increase in the use of fossil fuels and the environ- mental issues related to elevated concen- trations of carbon dioxide in the atmos- phere, which is considered to be the main cause of global warming. Hydrogen is one type of biofuel that can be produced by fermentation of simple substrates (sugar and starch based bio- mass) which, however, directly compete with food and feed production. Hence the increased interest towards the utili- zation of more complex biomass, such as lignocellulose. An overview of fer- mentation pathways used by thermo- philic bacteria will be provided with main emphasis on thermophilic bacteria isolated from Icelandic hot springs. Hydrogen yields, both from simple sug- ars as well as lignocellulosic hydro- lysates are reported and the main genera of thermophilic bacteria (Thermoanaero- bacterium, Caldi cellulosi ruptor, Thermo- toga) described. Finally, the pros and cons of using thermophilic bacteria for biohydrogen production are discussed.

x

Náttúrufræðingurinn

Direct Links

If you want to link to this newspaper/magazine, please use these links:

Link to this newspaper/magazine: Náttúrufræðingurinn
https://timarit.is/publication/337

Link to this issue:

Link to this page:

Link to this article:

Please do not link directly to images or PDFs on Timarit.is as such URLs may change without warning. Please use the URLs provided above for linking to the website.