Otimização da produção de hidrogênio pela Cyanothece sp. ATCC 51142

Abstract

RESUMO: O alto consumo energético e uso extensivo de combustíveis fósseis, que possuem reservas limitadas e liberam grandes quantidades de poluentes na atmosfera, impulsionaram a procura por novas fontes de energia limpa e sustentável. O hidrogênio insere-se nesse contexto como um vetor energético que tem recebido considerável atenção devido a sua alta eficiência energética e sua combustão sem emissão de poluentes. Dentre os métodos de obtenção de hidrogênio, a produção biológica de hidrogênio vem ganhando atenção, pois diferentes microrganismos podem gerar hidrogênio e diversas fontes de carbono podem ser utilizadas como substrato, tais como o glicerol e resíduos industriais. Entre os diferentes microrganismos que podem produzir hidrogênio, a cianobactéria fixadora de nitrogênio Cyanothece sp. ATCC 51142 destaca-se pela sua taxa de produção de hidrogênio. No entanto, a compreensão e melhoria do processo de produção de hidrogênio por essa cianobactéria ainda apresentam alguns desafios. Estudos de modelagem, simulação e otimização são ferramentas importantes que podem ajudar nessa tarefa. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi realizar um estudo de simulação e otimização do processo de produção de hidrogênio pela Cyanothece sp. ATCC 51142 por meio de batelada seguida por batelada alimentada, utilizando um modelo matemático disponível na literatura, a fim de maximizar a quantidade de hidrogênio gerado durante todo o processo. Os resultados demonstram que diferentes perfis de alimentação podem melhorar a produção de hidrogênio, levando a melhoria de até 19% na produção quando comparados com dados relatados na literatura de estudos de otimização matemática nesse mesmo processo

ABSTRACT: The high energy consumption and extensive use of fossil fuels, which have limited reserves and release massive amounts of pollutants to atmosphere, have generated the need to find new sources of clean and sustainable energy. Hydrogen, in this context, is an energetic vector that has received considerable attention due to its high energy efficiency and its combustion with no pollutants. Among the methods of obtaining hydrogen, the biological production of hydrogen has been gaining attention, since different microorganisms can generate hydrogen several sources of carbon can be used as substrate, such as glycerol and industrial waste. Among the different microorganisms that can produce hydrogen, the nitrogen-fixing cyanobacterium Cyanothece sp. ATCC 51142 stands out for its rate of hydrogen production. However, there are still some challenges for understanding and improving the hydrogen production process by this cyanobacterium. Modeling, simulation and optimization studies are important tools that can help in this task. Bearing the exposed in mind, the aim of this work was to carry out a simulation and optimization study of the hydrogen production process by Cyanothece sp. ATCC 51142 in batch process followed by a fed-batch one, using a mathematical model available in the literature, in order to maximize the amount of hydrogen generated during the entire process. The results demonstrate that different profiles of feeding can improve the hydrogen production, leading to 19% improvement at production when compared with data reported in the literature for mathematical optimization of the same process