Μελέτη της κινητικής και μαθηματική μοντελοποίηση της παραγωγής βιοαιθανόλης από υπολείμματα τροφίμων

• Κύριος συγγραφέας: Μάνθος, Γεώργιος
• Άλλοι συγγραφείς: Manthos, Georgios
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Βιοαιθανόλη; Μοντελοποίηση; Κινητική; Bioethanol; Modeling; Kinetics; Saccharomyces cerevisiae

Όσο περισσότερο η κοινή γνώμη προβληματίζεται πάνω σε θέματα που αφορούν την κλιματική αλλαγή, τόσο το ενδιαφέρον για τα υγρά βιοκαύσιμα αυξάνεται ραγδαία. Η βιοαιθανόλη έχει θεωρηθεί ως μία από τις πιο ελπιδοφόρες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Για το σκοπό αυτό, έχει δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην παραγωγή της μέσω ζύμωσης με χρήση του ανθεκτικού σε αλκοόλη στελέχους AXAZ-1, του σακχαρομύκητα Saccharomyces cerevisiae. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να μελετηθεί η κινητική του στελέχους αυτού, που αναπτύχθηκε σε διάφορες αρχικές συγκεντρώσεις συνθετικού υποστρώματος γλυκόζης (2%, 4%, 7%, 10% w/v) αλλά και κατ’ επέκταση σε σύνθετο οργανικό υπόστρωμα υπολειμμάτων τροφίμων. Για το σκοπό αυτό εξετάστηκαν διάφορα μοντέλα αναστολής της ανάπτυξης της βιομάζας, που αναφέρονται στη βιβλιογραφία. Οι συμβατικές προσεγγίσεις της αναστολής της ανάπτυξης από το υπόστρωμα και από το προϊόν δεν κάλυπταν επαρκώς τα πειραματικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στην ανάλυση αυτή. Τα καλύτερα αποτελέσματα ελήφθησαν όταν χρησιμοποιήθηκε το λογιστικό μοντέλο (Logistic model) για να εκφράσει την αναστολή της ανάπτυξης από την ίδια τη βιομάζα και το μοντέλο του Monod για να περιγράψει τον περιορισμό της ανάπτυξης λόγω της εξάντλησης του υποστρώματος. Επιπλέον, εισήχθη μια νέα παράμετρος (Smax) που επηρεάζει τον συντελεστή απόδοσης παραγωγής βιοαιθανόλης προς την παραγωγή βιομάζας (Ye/x) ως συνάρτηση της συγκέντρωσης του υποστρώματος. Δύο επιπλέον παράμετροι χρησιμοποιήθηκαν για την περιγραφή της κατανάλωσης υποστρώματος (Kcm) για λόγους συντήρησης και ταυτόχρονης παραγωγής βιοαιθανόλης (Ycm) οι οποίες υπολογίστηκαν από τη την στατικής φάσης της βιομάζας. Το κινητικό μοντέλο που αναπτύχθηκε σε αυτή τη φάση προσομοιώνει τη συνολική διαδικασία με υψηλή ακρίβεια (R2=0.97) και στη γενική του μορφή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει την παραγωγή βιοαιθανόλης από σύνθετα οργανικά υποστρώματα. Στη συνέχεια, το ίδιο βελτιωμένο μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για να περιγράψει την ίδια διεργασία με υπόστρωμα υπολείμματα τροφίμων. Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την γενικότητα του μοντέλου καθώς βασικές παράμετροι (μmax και ΚS) παρέμειναν κοινές για συνθετικό υπόστρωμα και υπολείμματα τροφίμων, έχοντας εξίσου καλή προσομοίωση για τη συνολική διεργασία (R2=0.98). Τέλος, τα αποτελέσματα έδειξαν πως η προεπεξεργασία του υποστρώματος (υδρόλυση) καθώς και η αραίωση του δεν επηρεάζουν σημαντικά τη διεργασία, αφού κοινές παράμετροι τα περιγράφουν ικανοποιητικά.