Sản xuất hydro thông qua nuôi cấy vi tảo-vi khuẩn
Một nhóm các nhà nghiên cứu đã xác định được một cộng đồng vi khuẩn đa loài có thể làm tăng hiệu quả sản xuất hydro thông qua quá trình trao đổi chất của vi sinh vật. Hệ thống hydro được đề xuất đã đạt được tốc độ sản xuất cao hơn gấp đôi so với các công nghệ sản xuất hydro sinh học thông thường.
Hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua, cho thấy một ví dụ về tảo xanh
Hình ảnh: Elizabeth Smith, Louisa Howard, Erin Dymek, Wikimedia Commons
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Cordoba ở Tây Ban Nha đã xác định được một cộng đồng vi khuẩn đa loài xuất hiện tự nhiên có thể được sử dụng cùng với vi tảo để thương mại hóa hydro được tạo ra thông qua quá trình chuyển hóa của vi sinh vật (bioH2).
Quá trình sản xuất sinh học bioH2 bao gồm nuôi cấy các sinh vật sống như vi khuẩn, vi khuẩn lam và tảo giải phóng H2. Công nghệ này cho phép sản xuất H2 ở nhiệt độ thấp từ 23 C đến 30 C và áp suất khí quyển, có thể tích hợp với xử lý nước thải.
Neda Fakhimi, đồng tác giả của nghiên cứu, nói với tạp chí pv: “Hạn chế chính của việc sản xuất H2 sinh học nằm ở tốc độ sản xuất thấp, khiến nó không hiệu quả về mặt thương mại và tốn kém”. Tuy nhiên, bằng cách tích hợp công nghệ này với các ứng dụng khác như quản lý chất thải - như xử lý nước thải - và bình ổn sinh khối, bao gồm sản xuất phân bón sinh học, thức ăn chăn nuôi, thực phẩm, v.v., nó có thể tiến gần hơn đến công nghiệp hóa.
Nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng cộng đồng vi khuẩn được xác định xuất phát từ môi trường nuôi cấy vi tảo Chlamydomonas Reinhardtii bị ô nhiễm. Điều này có thể kéo dài trạng thái cân bằng của chính cộng đồng bằng cách tránh các vấn đề thông thường như sự phát triển quá mức của vi khuẩn.
“Đối với các nghiên cứu khác, chúng tôi đã tăng gấp đôi tốc độ sản xuất hydro, bên cạnh việc kéo dài thời gian sản xuất hydro. Trong các bài báo khác, các học giả yêu cầu hệ thống hoạt động trong vòng 10-15 ngày, không hơn”, Fakhimi nói. “Việc sản xuất H2 ở quy mô công nghiệp từ hoạt động sinh học của vi sinh vật vẫn chưa được xem xét công khai.”
Hệ thống hydro được đề xuất hoạt động tốt hơn các hệ thống trước đó vì tập đoàn vi khuẩn có những đặc điểm độc đáo khi được nuôi cấy bằng Chlamydomonas. Sở trường của vi khuẩn sp. tháng mười một Vi khuẩn là điểm mới của hệ thống vì nó sử dụng và tạo ra các chất dinh dưỡng giúp điều hòa quá trình nuôi trồng.
“Trong các tập đoàn vi khuẩn tảo, vi khuẩn thường thống trị toàn bộ môi trường nuôi cấy, ảnh hưởng xấu đến khả năng tồn tại của tảo, vốn là nguồn sản xuất H2 sinh học duy nhất trong hệ thống của chúng tôi. Mối quan hệ, dựa trên sự phụ thuộc vào chất dinh dưỡng, trong đó mỗi thành viên cung cấp cho sự phát triển của những thành viên khác, có thể điều chỉnh cộng đồng để ngăn chặn bất kỳ thành viên nào thống trị nền văn hóa. Điều này đảm bảo một hệ thống gắn kết để sản xuất H2 sinh học”, Fakhimi cho biết.
Ví dụ: Fakhimi giải thích rằng Microbacteria forte sp. tháng mười một không thể tổng hợp biotin và thiamine, những chất cần thiết cho sự phát triển của nó. Nó cũng không thể sử dụng sunfat làm nguồn lưu huỳnh (S), đòi hỏi các dạng khử S như cysteine và methionine. Tảo cung cấp các chất dinh dưỡng thiết yếu được đề cập ở trên cho Microbacteria forte sp. nov., trong khi vi khuẩn cung cấp amoni và axit axetic, hỗ trợ sự phát triển của tảo và sản xuất H2.
Trong cộng đồng vi khuẩn, Microbacteria forte sp. tháng mười một Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng họ là người duy nhất chịu trách nhiệm cải thiện việc sản xuất hydro. Hai vi khuẩn còn lại có chức năng duy trì sức khỏe của tảo.
“Khi được ủ trong môi trường chứa chiết xuất mannitol và nấm men, cộng đồng vi khuẩn xuất hiện tự nhiên bao gồm Bacillus cereus và hai loại vi khuẩn mới – Microbacter forte sp. tháng mười một và Stenotrophomonas goyi sp. tháng mười một – có thể thúc đẩy và duy trì quá trình sản xuất hydro của tảo,” các nhà nghiên cứu cho biết.
Nghiên cứu thông thường trong lĩnh vực này thường nhấn mạnh đến nuôi cấy axen, là các nuôi cấy đơn lẻ, trong khi bài báo mới nghiên cứu về nuôi cấy tảo-vi khuẩn. Công nghệ nuôi trồng kết hợp đang phát triển, nhưng việc nuôi trồng kết hợp thường phải đối mặt với những thách thức, chẳng hạn như quá trình axit hóa môi trường, cạnh tranh dinh dưỡng và sự phát triển quá mức của một đối tác.
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
