Anzeige
The study is reported in Issue 54(8) (April, 2009) of Chinese Science Bulletin based on its important academic significance as well as potential commercial and environmental benefits in the future.
Hydrogen is an ideal fuel, producing only water upon combustion, and has been deemed as one of the most promising carriers of new energy for the future. From the aspect of energy security and environmental protection, bio-H2 production from renewable crop straw wastes has been an exciting area of bio-energy production because of its environmentally friendly and energy saving process[1,2] . By far the majority of study, however, are confined to using pure carbohydrates and carbohydrate-rich wastewater[3,4] .
It is reported that the annual yield of natural cellulosic biomass in China exceeds 0.7 billion tons, in which the amount of corn stalk is around 220 million tons[5]. The bio-conversion of corn stalk into cellulose-hydrogen is challenging the scientific community because of their complex chemical structures and hard biodegradation. A little information is available on the cellulose-hydrogen production using corn stalk as feedstock so far[6,7].
From the above reason, the H2-producing characteristic of lesser panda as inoculum, pretreatment methods of substrate and verification tests were significantly investigated in the present work.
The hydrogen production potential of 89.2 mL/g-TS and 109.0 mL/g-TS was observed by cattle manure and lesser panda manure at the pretreated corn stalk of 15 g/L, initial pH 7.0 and 36℃, respectively. Based on the results, the pre-incubated lesser panda manure was employed as H2-producing micro-flora in this study.
As far as we know, the pretreatment of substrate played a vital role in the effective conversion of corn stalk into cellulose hydrogen by mixed culture. Thus, the influences of three pretreatment methods on the yields of soluble saccharides (SS) and H2 were particularly discussed at the fixed substrate of 15 g/L and initial pH 7.0, respectively. 1) Dilute acid pretreatment: The yields of SS and H2 were significantly dependent on the acid types and acid concentration. The maximum SS yield of 212 mg/g-TS at the lactic acid concentration of 0.4%, 343 mg/g-TS and 350 mg/g-TS at the HCl concentration of 1.0%, and H2SO4 concentration of 2.0% were observed, respectively. The maximum H2 yield of 125 mL/g-TS at 0.4% lactic acid 0.4%, 129 mL/g-TS at 1.0%HCl concentration, 151 mL/g-TS at H2SO41.5% concentration was observed, respectively.
Thereafter, with further increase of acid concentration, the trend was reversed. The results are consistent with our previous studies, in which higher anion concentrations of Cl− and SO42− inhibited heavily the growth of the hydrogen-producing bacteria and led to the decrease of bio-hydrogen production capacity; 2) Acid-enzyme coupling pretreatment: The anaerobic atmosphere is beneficial to the enzymatic hydrolysis of corn stalk and the hydrogen production. The yields of SS and H2 increased rapidly with the increase in the enzyme dosage from 348 mg/g-TS and 134 mL/g-TS at 1.1 IU/g to maximum 468 mg/g-TS and 165 mL/g-TS at 17.6 IU/g; 3) Solid bio-pretreatment: The process of the bio-pretreatment was accompanied by the generation of lactic acid, the microbe additive loading significantly effected the yields of SS and lactic acid in bio-pretreated corn stalk. An increase of the SS yield could be observed in the range of dosage 2.5 g/kg to 7.5 g/kg, the maximum SS yield of 212 mg/g-TS occurred at dosage 7.5g/kg, and then with further increase in microbe additive dosage the trend was reversed. Furthermore, the mechanism studies of hydrogen production from pretreated corn stalk indicated that the enhanced H2 yield related to the direct bio-degradation of the hemi-cellulose and cellulose besides the contribution of the generated SS and lactic acid in the bio-pretreated corn stalk during the bio-hydrogen fermentation.
The verification tests were performed in a 5 L continuously stirred anaerobic bioreactor (CSABR) with 3 L mixture at fixed bio-pretreated corn stalk of 15 g/L, pH 5.5, 36℃ and HRT for 10 h. The maximal H2 yield, H2 content and H2 production rate was observed at 175.6 mL/g-TS, 57.2% and 14.5 mL/g-TS•h−1, respectively. During the optimal bio-hydrogen production period, the ORP value stayed in the range of −445 mV to −455 mV, which was consistent with that in previous reports. During H2 fermentation progresses, butyric acid, acetic acid and alcohol as main metabolic by-products were left at the reactor, during which butyrate and acetate accounted for about 70-80% of VFAs, and there was no significant methane observed in the CSABR. The CSABR operated steadily for 170 h with higher H2 yield and lower H2 partial pressure level, and the pH value could be easily adjusted by online control system.
References
Pan CM, Fan YT, Xing Y, Hou HW, Zhang ML. Statistical optimization of process parameters on biohydrogen production from glucose by Clostridium sp. Fanp2. Bioresource Technology, 2008, 99:3146ჼ�.
Pan CM, Fan YT, Hou HW. Fermentative Production of Hydrogen from Wheat Bran by Mixed Anaerobic Cultures. Ind. Eng. Chem. 2008,47 (16):5812ჿ�.
Fan Y T, Li C L, Hou H W, et al. Optimization of initial substrate and pH levels for germination of sporing hydrogen-producing anaerobes in cow dung compost. Bioresource Technol, 2004, 91: 189―193
Fang H H P, Li C L, Zhang T. Acidophilic biohydrogen production from rice slurry. Int J Hydrogen Energ, 2006, 31: 683―692
Pan CM, Zhang ML, Fan YT, Xing Y, Hou HW. Production of Cellulosic Ethanol and Hydrogen from Solid-State Enzymatic Treated Cornstalk: A Two-Stage Process. J. Agric. Food Chem., , 2009,57(7):2732-2738.
Fan YT, Xing Y, Pan CM, Hou HW. Enhanced Cellulose-hydrogen Production from Corn Stalk by Lesser Panda Manure. Int J Hydrogen Energ, 2008,33:6058-6065.
Fan YT, Zhang YH, Zhang SF, Hou HW. Efficient conversion of wheat straw into biohydrogen gas by cow dung compost. Bioresource Technol, 2006, 97: 500―505
Y.T. Fan | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.zzu.edu.cn
Weitere Berichte zu: bio-H2 production > Bioresource > Businessforum Xing > carbohydrate-rich wastewater > carbohydrates > cellulosic biomass > CSABR > environmental protection > H2-producing > Hydrogen > hydrogen production > Production line > renewable crop straw wastes
Mütterliche Antikörper behindern Impfschutz bei jungen Katzen
22.05.2012 | Paul-Ehrlich-Institut - Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel
Der nukleare GAU ist wahrscheinlicher als gedacht
22.05.2012 | Max-Planck-Institut für Chemie
Unter Federführung der Empa erscheint ein neues Standardwerk, das die europäische Forschung an Nanopartikeln vereinheitlichen soll.
Exakte Laborvorschriften zur Herstellung definierter Nanopartikel und zu deren Analytik stellen die Arbeiten auf diesem Gebiet auf eine neue Grundlage und machen sie erstmals vergleichbar. Herausgeber ist Harald Krug, Leiter des Empa-Departements «Materials meet Life».
Das neue Standardwerk soll Schluss machen mit dem «babylonischen Sprachgewirr», das derzeit noch in der Nanoforschung ...
Bei rheumatischen Erkrankungen erlauben moderne bildgebende Verfahren weit mehr als nur die Darstellung der knöchernen Gelenkstrukturen.
Mit funktionellen Untersuchungsmethoden wie der hochauflösenden Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT) können pathologische Knochenumbauvorgänge bereits sehr früh nachgewiesen werden, mitunter schon zu einem Zeitpunkt, zu dem selbst die MRT-Diagnostik noch unauffällig ist. Eine Studie der Universitätsradiologie Düsseldorf, die jetzt auf dem 93. Deutschen Röntgenkongress vorgestellt wurde.
In der Rheumatologie hat sich in den letzten ...
Wirkmechanismus eines der ältesten Arzneimittel der Menschheit aufgeklärt
Rizinusöl ist vor allem als effektives Abführmittel bekannt, wurde aber auch bereits in der Antike bei Schwangeren zur Förderung der Wehentätigkeit eingesetzt.
Erst jetzt ist es Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung gelungen, die entscheidenden Details des Wirkmechanismus zu entschlüsseln. Verantwortlich ist demnach ein Rezeptor mit dem Namen EP3 auf ...
Pünktlich zum morgigen Weltschildkrötentag wird die Artenliste der Panzerträger um zwei Namen reicher.
Wissenschaftler des Senckenberg Forschungsinstitutes in Dresden haben gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam zwei neue Arten der afrikanischen Gelenkschildkröte identifiziert. Die zugehörige Studie ist kürzlich im Fachjournal „Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research“ erschienen.
Gelenkschildkröten sind die Bewegungskünstler unter den landlebenden Schildkröten. Aufgrund eines Scharniers im Rückenpanzer können die in Afrika ...
Eine Forschungsgruppe der Universität Ulm hat einen neuartigen molekularen Schalter im Gehirn identifiziert, der eine wichtige Rolle bei der Steuerung der postnatalen Neurogenese im Gyrus dentatus spielt, der Unterregion im Hippocampus, in der lebenslang Nervenzellen aus neuralen Stammzellen gebildet werden.
„Unsere Untersuchungen beschreiben erstmals einen neuen und letztlich unerwarteten Signalweg bei der Regulation der Neurogenese im Hippocampus“, sagt Professor Stefan Britsch, Direktor des Instituts für Molekulare und Zelluläre Anatomie, der die Arbeit dieser Tage gemeinsam mit Dr. Ruth Simon im international renommierten Fachblatt EMBO-Journal veröffentlicht. An dem von der Deutschen ...
Anzeige
Anzeige

Mütterliche Antikörper behindern Impfschutz bei jungen Katzen
22.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Researchers Improve Fast-Moving Mobile Networks
22.05.2012 | Kommunikation Medien
New microscope uses rainbow of light to image the flow of individual blood cells
22.05.2012 | Medizintechnik
Bericht zum Lachsmanagement: Die BLE auf der NASCO-Jahrestagung
22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Plagiate und wissenschaftliches Fehlverhalten
22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Der IdeenPark weckt Begeisterung für Technik
22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten