В качестве сырья для получения биоводорода учёные предложили использовать солому — доступный и недорогой сельскохозяйственный отход.

Разработанная технология работает эффективнее, если оптимизировать предварительную обработку соломы перед ферментацией.

Ильнур Гайфуллин, кандидат технических наук и старший преподаватель Казанского ГАУ, рассказал, что выбор метода предварительной обработки зависит от типа биомассы, доступности оборудования и затрат энергии.

Предварительная обработка помогает использовать растительные отходы для производства биоводорода и снизить вред окружающей среде.

Сейчас нет универсальной технологии предварительной обработки, которая была бы лучшей для всех случаев. Цель такой обработки — создать условия, в которых подавляются штаммы-потребители водорода и стимулируются штаммы-продуценты. Но некоторые потребители могут выживать после обработки, а некоторые продуценты — подавляться. Это зависит от состава субстрата.

Исследователи Казанского ГАУ изучили влияние методов предварительной обработки соломы на эффективность ферментации и выход биоводорода.

Они разработали двухстадийную технологию: паровзрывная обработка соломы при температурах 165-210°C с последующим кислотным или ферментативным гидролизом. Это позволяет разрушить структуру лигноцеллюлозного комплекса соломы, делая целлюлозу и гемицеллюлозы доступными для ферментативного гидролиза. В ходе него полисахариды расщепляются на простые сахара, которые затем используются бактериями для синтеза молекулярного водорода.

Исследователи использовали два штамма бактерий — Clostridium butyricum и Enterobacter cloacae — для ферментации гидролизатов соломы. Эти бактерии известны своей способностью продуцировать водород.

Экспериментальным путём были определены оптимальные параметры ферментации для каждого штамма, которые обеспечивают максимальный выход водорода:

• Для Clostridium butyricum наибольший выход (73 мл/г субстрата) был достигнут при концентрации субстрата 2%, температуре ферментации 37 °C и pH 6. Субстрат представлял собой кислотные гидролизаты соломы, обработанной при 165 °C.
• Для Enterobacter cloacae максимальная продукция водорода (50 мл/г субстрата) наблюдалась при концентрации субстрата 2%, температуре ферментации 36 °C и pH 6. В качестве субстрата использовались ферментативные гидролизаты соломы после паровзрывной обработки при 210 °C.

Разработанная технология позволяет получить до 73 кубометров биоводорода из одной тонны соломы при использовании штамма Clostridium butyricum и до 50 кубометров — при использовании Enterobacter cloacae. Себестоимость производства биоводорода из соломы ниже, чем из традиционного пищевого сырья.

Внедрение этой технологии поможет снизить зависимость от ископаемых видов топлива и решить проблему утилизации сельскохозяйственных отходов, что уменьшит негативное воздействие на окружающую среду. Результаты исследования опубликованы в научном журнале «Вестник Казанского государственного аграрного университета». В дальнейшем планируется масштабировать технологию и оптимизировать процессы предварительной обработки и ферментации для повышения экономической эффективности производства биоводорода.