A bioreaktor keverése jelentős előrelépést jelent a fejlett bioüzemanyagok előállítása terén
2 perc az olvasásra
Az éghajlatváltozással kapcsolatos kérdések megkövetelik a szén-dioxid-mentes energiák előnyben részesítésének elősegítését.
Az IFPEN különféle csatornákon keresztül járul hozzá hozzá, ideértve a nem élelmiszer-alapú bioüzemanyagokat is.
A lignocellulóz-etanol termelés (vagy 2G etanol) enzimatikus hidrolízis-lépést igényel a cellulóz glükózzá történő átalakításához, amelyet aztán alkoholos fermentációval etanollá alakítanak át. Ezt a lépést enzimatikusan hajtják végre, de ez az egyik legfontosabb gazdasági akadályt jelenti a folyamat fejlődésében az enzimek, az úgynevezett cellulázok magas költségei miatt.
A legtöbb ipari cellulázt a fonalas gomba állítja elő Trichoderma reesei, nagy szekréciós képességének köszönhetően, amely 100 g/l feletti koncentrációt ér el [1]. Az IFPEN-nél kifejlesztett klasszikus gyártási folyamatot két szakaszban hajtják végre, egy szakaszban kötegelt üzemmódban és egy szakaszban fedett kötegelt módban:
- az első lépés a gomba tenyésztése több száz m 3 -es keverésű és levegős fermentorokban. Nagyon intenzív keverés szükséges ebben a lépésben az oxigén levegőből a mikroorganizmusokba történő átvitelének elősegítése érdekében. A gomba fonalas morfológiája a táptalaj nem newtoni reológiai viselkedésének * eredete, és nagy koncentrációban hátrányt okoz ez a transzfer [2]. Valóban, a viszkozitás növekszik, amikor a gombák koncentrációja növekszik, ezért nagyon jelentős keverőerőt kell biztosítani [3] .
- Miután a fermentációs táptalaj kellően koncentrálódik a rostos biomasszában, átállunk adag-adagolási módra, azzal a céllal, hogy az indukáló cukor áramlásával táplálékot hozzunk létre. Ez az áramlás korlátozó, vagyis kevesebb, mint a gomba maximális fogyasztási kapacitása, és anyagcsere-változást okoz. A tenyésztés ezután a termelési szakaszba kerül, amelynek során a gombák előállítják a kívánt enzimeket (cellulázokat).
Az ipari fermentorok keverési technológiája kritikus az enzimek előállítása szempontjából, mivel biztosítania kell az optimális körülményeket az oxigénátadás és a szubsztrátkoncentrációk homogenizálása szempontjából, ugyanakkor tiszteletben kell tartani a kettős kényszert: korlátozni kell az energiafogyasztást és minimalizálni a nyírás mikroorganizmusokra gyakorolt mechanikai hatását . Ez az utolsó pont jelentős kutatási erőfeszítéseket eredményezett az IFPEN-nél az elmúlt években. Ezt innovatív jellemzési eszközök kifejlesztése tette lehetővé, amelyek a közeg reológiájának jellemzésére [4] és a képfeldolgozásra vonatkoztak a fonalas gombák morfológiájához [5], amint azt az 1. ábra szemlélteti.
Ezeket az eszközöket alkalmazták a nagyon változatos keverési körülmények között végrehajtott fermentációk jellemzésére az ellátott teljesítmény, a keverőeszköz típusa és a fermentor mérete szempontjából. A kapott adatok, amelyek ezen a területen egyedülállóak, lehetővé tették a releváns hidrodinamikai leírók azonosítását a fonalas gomba reológiai, morfológiai és fermentációs teljesítményének előrejelzéséhez.
* amelynek viszkozitása a nyírási sebességgel változik.
1. ábra: Trichoderma reesei tenyésztése 3 literes fermentorban és kép a gombák morfológiájának mikroszkópos elemzéséből