Agitarea bioreactorului face progrese semnificative în producția de biocombustibili avansați
2 minute de citit
Problemele climatice necesită dezvoltarea unui mix energetic care să favorizeze energiile fără carbon.
IFPEN contribuie la aceasta prin diferite canale, inclusiv biocombustibili din resurse nealimentare.
producerea de etanol lignocelulozic (sau 2G etanol) necesită o etapă de hidroliză enzimatică pentru a transforma celuloza în glucoză, care va fi apoi transformată în etanol prin fermentare alcoolică. Această etapă este realizată enzimatic, dar constituie unul dintre obstacolele economice majore în calea dezvoltării procesului din cauza costului ridicat al enzimelor, numite celulaze.
Majoritatea celulazelor industriale sunt produse de ciuperca filamentoasă Trichoderma reesei, datorită capacității sale mari de secreție, care atinge concentrații peste 100 g/l [1]. Procesul clasic de producție dezvoltat la IFPEN se desfășoară în două etape, o etapă în modul batch și o etapă în modul fed-batch:
- primul pas este cultivarea ciupercii în fermentatoare agitate și aerate de câteva sute de m 3. În acest pas este necesară o agitație foarte intensă pentru a promova transferul de oxigen din aer în microorganisme. Morfologia filamentoasă a ciupercii se află la originea comportamentului reologic non-newtonian al mediului și, la concentrații mari, dezavantajează acest transfer [2]. Într-adevăr, vâscozitatea crește atunci când crește concentrația de ciuperci, de unde necesitatea de a furniza o putere de agitare foarte substanțială [3] .
- Odată ce mediul de fermentație este suficient de concentrat în biomasă filamentoasă, trecem la modul alimentat-lot, cu stabilirea unui furaj printr-un flux de zahăr inductor. Acest flux este limitativ, adică este mai mic decât capacitatea maximă de consum a ciupercilor și provoacă o schimbare metabolică. Cultura intră apoi în etapa de producție, în timpul căreia ciupercile produc enzimele dorite (celulaze).
Tehnologia de agitare a fermentatorilor industriali este esențială pentru producerea de enzime, deoarece trebuie să asigure condiții optime în ceea ce privește transferul de oxigen și omogenizarea concentrațiilor de substraturi, respectând în același timp o dublă constrângere: limitarea consumului de energie și minimizarea impactului mecanic al forfecării asupra microorganismelor . Acest ultim punct a dat naștere unor eforturi semnificative de cercetare la IFPEN în ultimii ani. Acest lucru a fost posibil prin dezvoltarea unor instrumente de caracterizare inovatoare, referitoare la caracterizarea reologiei mediilor [4] și procesarea imaginilor pentru morfologia ciupercilor filamentoase [5], așa cum este ilustrat în figura 1.
Aceste instrumente au fost aplicate caracterizării fermentațiilor efectuate în condiții de agitare foarte variate în ceea ce privește puterea furnizată, tipul dispozitivului de agitare și dimensiunea fermentatorului. Datele obținute, unice în acest domeniu, au făcut posibilă identificarea descriptorilor hidrodinamici relevanți pentru prezicerea reologiei, morfologiei și performanței de fermentare a ciupercii filamentoase.
* a căror vâscozitate variază în funcție de viteza de forfecare.
Figura 1: Cultura Trichoderma reesei într-un fermentator de 3 L și imagine dintr-o analiză microscopică a morfologiei ciupercilor