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Abstract :
[en] Hydrogen is currently considered as to become an important energy carrier and energy resource in the next century. Research and developments are now focusing on a green way to produce the hydrogen. One of these way is the microbial way, which uses microorganisms in anaerobic condition to produce hydrogen and volatile fatty acids in aqueous media. This technology may also work with liquid wastes treatment coming from the food industry. Chimiotrophic bacterias from the genus Clostridium shows many advantages due to the substrates divsersity they can assimilate but also to the production yields they reach. The study of hydrogen production by Colstridium butyricum CWBI sp1009, isolated and characterized in earlier works in the CWBI, is the main purpose of this work. This strain was inoculated in a continuous anaerobic bio reactor with fixed biomass on a rotative horizontal cylinder. This reactor reach a glucose conversion yield of 2.1 mol_hydrogen/mol_glucose consumed. The phenomenas occurring in this reactor need to be completely understood for a future application at an industrial scale. One factor influencing the hydrogen production without being well understood is the hydrogen partial pressure and the retro inhibition it affects upon the organisms. Increasing the hydrogen transfer from the liquid to gas phase in batch fermentation in 200ml of culture media and degassing daily with nitrogen enhance the hydrogen production yield of 33%. This has also been confirmed on the bio disk bio reactor by lowering the total pressure in the reactor of 0.11bar leading to a productivity and yield enhancement. The inter facial transfer surface play also a great role and was studied in 200ml batch fermentation. These experiences shows a 25 to 100% increase of hydrogen production yield by enhancing the mixing conditions of the media. Furthermore, these experiences shows influences of the culture conditions to the microorganisms metabolisms, observing the increasing activity of the formate hydrogen lyase enzyme, partially responsible of the hydrogen production.
[fr] L’hydrogène est aujourd’hui considéré comme un élément incontournable dans le système énergétique du futur. Les recherches et développements sur la production d’hydrogène « vert » se tournent notamment vers la production d’hydrogène par voie microbiologique, en vue d’un couplage avec le traitement des effluents liquide provenant de l’industrie alimentaire.
Les bactéries chimiotrophes du genre Clostridium présentent de nombreux avantages quant aux substrats qu’elles peuvent utiliser, aux rendements de production atteints, … L’étude de la production d’hydrogène par la souche Clostridium butyricum CWBI Sp1009, sélectionnée et isolée au cours de travaux antérieurs au CWBI, est l’objet principal de ce travail. C’est avec cette souche que fonctionne un bioréacteur continu anaérobie à biomasse fixée sur cylindre rotatif horizontal. Les rendements de conversion du glucose atteignent 2.1 molH2/molglucose_consommé. La compréhension des phénomènes permettant d’atteindre ces bonnes performances est essentielle pour pouvoir imaginer une application industrielle future de réacteurs de ce type.
L’optimisation du transfert d’hydrogène depuis la phase liquide où il est produit et inhibe sa propre production vers la phase gazeuse est une voie importante permettant de maximiser la production d’hydrogène par les microorganismes. L’augmentation du potentiel de transfert gaz-liquide en fermentation batch dans 200ml de milieu liquide par dégazage à l’azote et diminution subséquente de pression partielle en hydrogène a entraîné un gain de 33% en rendement de conversion. Cette constatation a été vérifiée sur le réacteur à bio disque en abaissant la pression totale de 0.11bar, ce qui a permis un gain de productivité et de rendement de 12%.
L’augmentation des transferts gaz-liquide, via la variation de l’aire interfaciale, a également été étudiée en fermentation batch. Ces expériences ont montré un gain de rendement de 25 à 100% en améliorant l’état de mélange du milieu liquide ou en augmentant la surface d’échange gaz-liquide par l’intermédiaire de supports souples de grande surface spécifique. Par ailleurs, l’influence de ces conditions sur les mécanismes de métabolisation est perceptible, notamment par l’augmentation de l’activité de la formiate hydrogène lyase, partiellement responsable de la production d’hydrogène.
