การเพิ่มผลผลิตบิวทานอลจากสาหร่ายขนาดเล็กด้วยการบูรณาการการหมักแบบไร้แสงร่วมกับการหมักที่มีระบบเก็บเกี่ยวบิวทานอล

บทคัดย่อ

การผลิตกรดระเหยง่ายในถัง CSTR ที่ปริมาตรการทำงาน 5 L จากการหมักจุลสาหร่าย Chlorella sp. ที่ระยะเวลาการกักเก็บ HRT 6 วัน พบว่าให้ผลผลิตไฮโดรเจน 161-189 mL-H2/g-VSadd หรืออัตราการผลิตต่อวัน 1,938-2,269 mL-H2/Lreactor โดยมีลผลิตกรดอะซิติก กรดโพรพิออนิก และกรดบิวทิริกที่เกิดขึ้นระหว่างการทดลองอยู่ในช่วง 5.25?0.14 g/L, 0.76?0.02 g/L และ 7.50?0.15 g/L ตามลำดับโดยพบว่าในการหมักเชื้อผสมนี้มีกลุ่มแบคทีเรียหลักๆได้แก่ Dysgonomonas mossii, Porphyromonadaceae bacterium, Proteiniphilum saccharofermentans, Lysinibacillus macroides, Clostridium sp. strainS6, Ruminococcaceae bacterium, Acetobacter pasteurianus และ Comamonas aquatica เป็นต้น ศึกษาการผลิตบิวทานอลจากเชื้อ Clostridium beijerinckii ATCC10132 ความเข้มข้นกลูโคส 20, 40, 60 และ 80 g-VS/L พบว่าให้ผลผลิตบิวทานอลได้ที่ความเข้มข้นสูงสุดที่ 10.17 g/L ที่ 40 g-VS/L เมื่อทำการทดสอบการหมักโดยใช้จุลลสาหร่ายความเข้มข้นเริ่มต้นที่ 40 g-VS/L โดยการที่เทียบการปรับสภาพของจุลสาหร่ายด้วย Autoclave 108 ํC เป็นเวลา 30 นาที และมีการเติมสารอาหาร ให้ผลิตบิวทานอลได้สูง 2.30 g/L กว่าไม่ปรับสภาพ นอกจากนี้การศึกษา B/G ratio จากการออกแบบการทดลองด้วยทากูชิผลการทดลองเห็นได้ว่าในชุดที่มีความเข้มข้นกรดตั้งแต่ 2-10 g/L สามารถให้ผลผลิตได้ดีกว่าเมื่อเทียบกับชุดที่มีความเข้มข้นบิวทิริคสูงถึง 14 g/L โดยพบว่าที่การใช้สัดส่วนกรดบิวทิริค 10 g/L ร่วมกับน้ำตาลกลูโคส 20 g/L ให้ผลผลิตบิวทานอลสูงที่สุดที่ 3.67 g/L จากการใช้ความเข้มข้นเชื้อร้อยละ 15 โดยปริมาตร นอกจากนี้ผลผลิตบิวทานอลในถัง CSTR ที่มีการป้อนกึ่งต่อเนื่องด้วยอาหาร TYA ด้วยน้ำตาลกลูโคส 20 g-VS/L ที่ HRT 2 ให้ผลผลิตบิวทานอลคงที่อยู่ในช่วง 5.51 g/L พบมีไฮโดรเจนทีเข้มข้นร้อยละ 38 โดยมีผลผลิตไฮโดรเจนที่ได้คงที่เฉลี่ย 74 mL-H2/g-VS โดยมีอัตราการผลิตคงที่เฉลี่ย 740 mL-H2/L/d เมื่อศึกษาการเป่าไล่ด้วยแก๊ส CO2 และ H2 30% 3 L/min เป่าใล่ในระบบหมักตลอดการทดลองเป็นเวลาต่อเนื่อง 48 ชั่วโมง พบว่าสามารถได้ร้อยละการเก็บเกี่ยวของบิวทานอลเท่ากับ 43.86 มีค่าประสิทธิภาพการควบแน่นร้อยละ 75.29 โดยมีร้อยละการสูญหาย 10.84 โดยระหว่างการเป่าไล่ในช่วงแรกจากน้ำหมัก ที่มีความเข้มข้นบิวทานอล 5.51 g/L เมื่อเป่าไล่ในช่วง 4 ชั่วโมงแรกพบว่าได้บิวทานอลเข้มข้นสูงสุดในชุดควบแน่นแรกที่ 45.17g/L ทั้งนี้จากการทดสอบแสดงให้เห็นว่าระบบสามารถใช้งานได้เหมาะสมหากมีการผลผลิตตัวทำละลายจากกระบวนการหมักที่สูงขึ้นได้ นอกจากนี้ผลการทดสอบการผลิตบิวทานอลจากการหมักจากน้ำหมักที่อุดมไปด้วยกรดบิวทิริก ร่วมกับน้ำตาล 20 g-VS/L พบว่าในช่วงแรกสามารถให้ผลผลิตบิวทานอล โดยได้ผลผลิตบิวทานอล 5.54 g/L ผลผลิตแก๊ส 117.68 mL-H2/g-VS แต่เมื่อมีการป้อนเข้าออกพบว่า ปริมาณกรดมีการสะสมเพิ่มขึ้นในระบบและส่งผลต่อการเจริญและกระบวนการทำงานของเชื้อ Clostridium beijerinckii การลดปริมาณความเข้มข้นสารตั้งต้นน้ำหมักกรดลงจึงจำเป็นเนื่องจากกรดในน้ำหมักนั้นไม่ได้มีเพียงกรดบิวทิริก แต่ยังประกอบด้วยกรดระเหยง่ายประเภทอื่นร่วมด้วยคำสำคัญ: บิวทานอล; กรดบิวทิริก; Clostridium beijerinckii; การเป่าไล่ด้วยแก๊ส

คำสำคัญ