| Sumario: | Se realizó el desarrollo experimental de un enfoque de biorrefinería a escala laboratorio
a para la producción de hidrógeno y metano a partir de la combinación de residuos
orgánicos, rastrojo de maíz (RM) y residuos de vegetales y frutas (RVF) como
sustratos; estos fueron caracterizados fisicoquímicamente, mostrando un 85% de
materia orgánica volátil susceptible de biotransformación. El enfoque de biorrefinería se
constituyó de los siguientes procesos: hidrólisis ácida de los co-sustratos, fermentación
oscura, fotofermentación y digestión anaerobia. posteriormente una primera etapa de
producción de hidrógeno a partir de los hidrolizados líquidos ácidos, posteriormente los
fermentados ricos en ácidos orgánicos volátiles –subproducto de la fermentación
oscura– son recuperados para la evaluación de la producción de hidrógeno mediante
bioprocesos de fotofermentación, en paralelo la biomasa sólida insoluble remanente la
hidrólisis ácida fue utilizada como sustrato para bioprocesos de digestión anaerobia
para la producción de metano. Cada una de las etapas constituyentes del enfoque de
biorrefinería fue evaluada bajo diseño de experimentos para determinar los efectos de
factores clave para la operación de los bioprocesos.
En la hidrólisis ácida de los co-sustatos se evaluó la concentración de azúcares
reductores y la conversión de azúcares con respecto a la combinación de co-sustratos
mediante un diseño de experimentos 5X2. Los efectos principales mostraron que el
tipo de ácido catalizador (HCl y H2SO4) y la combinación tienen efecto significativo en
la producción de azúcares reductores. El mejor ácido catalizador y la combinación de
co-sustratos fue el HCl y 75:25 RVF:RM, debido a que a mayor concentración de RVF
x
se incrementa la concentración de azúcares reductores y la mayor disponibilidad de
iones hidronio la presentó el HCl. Los principales azúcares monoméricos presentes en
los hidrolizados líquidos fueron glucosa, xilosa y arabinosa. Compuestos inhibidores
como el furfural, 5-hidroximetilfurfural, compuestos fenólicos totales fueron detectados
en los hidrolizados.
La producción de hidrógeno por fermentación oscura se realizó con un diseño
experimental 32
, con el cual se evaluó la producción de hidrógeno acumulada en
botellas serológicas variando la relación inóculo sustrato. La máxima tasa de
producción de hidrógeno y la mayor producción acumulada fue 0.34 mmol H2/h y 8.08
mmol H2, respectivamente, para la RIS de 1.2 a 13 g/L de azúcares reductores como
concentración inicial. Los principales metabolitos secundarios presentes en el medio
líquido de la fermentación oscura fueron: ácido acético, propiónico butírico y etanol. La
producción de metano a partir de los hidrolizados sólidos se realizó en modo lote en
botellas serológicas a 35 °C. El mayor rendimiento de metano fue de 17.45 mmol
CH4/g SV para el control con RVF frescos, mientras que a una RIS de 2.5 se encontró
la mayor conversión de hidrolizados sólidos a metano (13.72 mmol CH4/g SV).
Se realizó la reactivación de 4 cepas fotofermentativas evaluando el crecimiento
con respecto a la intensidad lumínica. Los experimentos presuntivos de producción de
hidrógeno a partir de ácidos orgánicos volátiles por fotofermentación tuvieron bajas
producciones de hidrógeno comparadas con el medio ideal de fotofermentación RCV.
Se demostró que con la combinación de RM y RVF se puede producir
hidrógeno y metano bajo un modelo de biorrefinería, incluyendo etapas de
pretratamiento y bioprocesos.
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