O hidrogênio (H2) tem sido considerado uma fonte de energia limpa bastante promissora, pois sua combustão origina apenas moléculas de água, sendo uma alternativa ao uso de combustíveis fósseis. Entretanto, os métodos atuais de produção de H2 demandam matérias-primas finitas e uma grande quantidade de energia, tornando a sua obtenção não sustentável. Mais recentemente, a via fermentativa tem sido considerada para a produção de H2, utilizando como matérias-primas efluentes industriais, materiais lignocelulósicos e biomassa de algas, denominado de bio-hidrogênio de primeira, segunda e terceira geração, respectivamente. Neste trabalho foi isolada uma bactéria anaeróbia a partir de uma cultura mista (lodo) de um sistema de tratamento de vinhaça, após pré-tratamento do lodo a pH 3 por 12 horas. Este microrganismo foi identificado com 99% de similaridade como Clostridium beijerinckii com base na sequência do gene RNAr 16S denominado de C. beijerinckii Br21. A temperatura e o pH mais adequados para o crescimento e produção de H2 por esta cultura foi 35 °C e pH inicial 7,0. A bactéria possui a capacidade de utilizar ampla variedade de fontes de carbono para a produção de H2 por fermentação, especialmente, monossacarídeos resultantes da hidrólise de biomassa de algas, tais como glicose, galactose e manose. Foram realizados ensaios em batelada para a produção de H2 com a bactéria isolada empregando diferentes concentrações de glicose e galactose, visando a sua futura utilização em hidrolisados de alga. Os parâmetros cinéticos dos ensaios de fermentação estimados pelo modelo de Gompertz modificado, como a velocidade máxima de produção (Rm), a quantidade máxima de hidrogênio produzido (Hmáx) e o tempo necessário para o início da produção de hidrogênio (fase lag) para a glicose (15 g/L) foram de: 58,27 mL de H2/h, 57,68 mmol de H2 e 8,29 h, respectivamente. Para a galactose (15 g/L), a Rm, Hmáx e foram de 67,64 mL de H2/h, 47,61 mmol de H2 e 17,22 horas, respectivamente. O principal metabólito detectado ao final dos ensaios de fermentação, foi o ácido butírico, seguido pelo ácido acético e o etanol, tanto para os ensaios com glicose, como com galactose. C. beijerinckii é um candidato bastante promissor para a produção de H2 por fermentação a partir de glicose e galactose e, consequentemente, a partir de biomassa de algas como substratos. / Hydrogen (H2), considered an alternative to fossil fuels, is a promising source of clean energy because its combustion originates water molecules only. However, the current H2 production methods require finite raw materials and a large amount of energy, which makes them unsustainable. The fermentative pathway has been considered for H2 production from renewable raw materials such as industrial wastewater, lignocellulosic materials, and algal biomass, the so-called first, second, and third bio-hydrogen generation, respectively. In this work, after pre-treatment at pH 3 for 12 h, a H2-producing bacterium was isolated from a mixed culture (sludge) collected from an anaerobic bioreactor used to treat sugarcane vinasse. The microorganism was identified as Clostridium beijerinckii based on the sequence of the 16S rRNA gene; it was named C. beijerinckii Br21. The most appropriate temperature and initial pH to achieve H2 production by this strain was 35 °C and 7, respectively. The bacterium was able to use a wide variety of carbon sources, especially the monosaccharides glucose, galactose, and mannose resulting from hydrolysis of algal biomass. Batch assays using different concentrations of glucose and galactose were performed to produce H2. The kinetic parameters of the tests were estimated by the Gompertz modified model. The maximum production rate (Rm), the maximum amount of produced H2 (Hmáx), and the phase lag () for glucose and galactose, both at 15 g/L, were 58.27 and 67.64 mL of H2/h, 57.68 and 47.61 mmol of H2, and 8.29 and 17.22 h, respectively. The main metabolite detected at the end of fermentation tests was butyric acid, followed by acetic acid and ethanol. The results indicated that the new C. beijerinckii isolate is a promising candidate for fermentative H2 production from algal biomass.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-01062016-101030 |
| Date | 18 March 2016 |
| Creators | Fonseca, Bruna Constante |
| Contributors | Spiller, Valeria Reginatto |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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