Sustainable production of hydrogen and chemical commodities from biodiesel waste crude glycerol and cellulose by biological and catalytic processes

Abstract

El hidrógeno tiene un gran potencial como combustible limpio y "verde" del futuro. En consecuencia, en esta tesis se ha investigado el desarrollo de una producción sostenible de hidrógeno y otros productos químicos a través del estudio de: 1) El comportamiento fermentativo de microorganismos anaerobios productores de hidrógeno a partir de glicerol puro y glicerol bruto contenido en el biodiesel; 2) Lainmovilización de los microorganismos en una superficie de soporte sólido; 3) La integraciónde la fermentación oscura con la hidrólisis catalítica de celulosa. Los resultados fueron los siguientes: i) Las recién aisladas bacterias Enterobacter SPH1 y Citrobacterfreundii H3 pueden fermentar el glicerol y producir niveles óptimos de H2; ii) La bacteria hipertermófilaThermotogamaritima DSM3109 puede crecer en glicerol puro y crudo; iii) El Co-cultivo (1:1) de Enterobacter SPH1 y E. coli CECT432 es capaz de producir cantidades significativas de H2 a partir de glicerol en bruto; iv) La inmovilización de los microorganismos en soportes y la adición de especies de hierro mejora la conversión de glicerol y producción de H2; i) Enterobacter SPH1 y Citrobacterfreundii H3 fueron capaces de producir H2 a partir de la fracción soluble en agua obtenida directamente de la hidrólisis de celulosa catalizada por ZrO2. Estos nuevos hallazgos mejoran nuestra comprensión de la producción microbiana de hidrógeno, y se espera que en el futuro conduzcan a la producción sostenible a partir de glicerol crudo y celulosa.

Hydrogen has a significant potential as clean and ‘green’ fuel of the future. Accordingly, this thesis investigated how to generate a sustainable production of hydrogen and other chemical commodities through study of: 1) Fermentative behavior of anaerobichydrogen producing microorganisms from pure glycerol and biodiesel waste crude glycerol; 2) The advantage of using a solid supportimmobilisationof microorganisms 3) The integration of the dark fermentative system with the catalytic hydrolysis of cellulose. The findings were: i) Newly isolated bacteria Enterobacter spH1 and Citrobacterfreundii H3 can use glycerol and produce optimal levels of H2 ii) The hyperthermophileThermotogamaritima DSM 3109 can grow on both pure and crude glycerol; iii) Co-culture (1:1) of Enterobacter spH1 and E. coli CECT432is able to produce significant amount H2 from crude glycerol; iv) Microorganisms immobilisation on supports and addition of ironspecies enhance the glycerol conversion and H2 production; v) Enterobacter spH1 and Citrobacterfreundii H3 were able to produce H2 of water soluble fractionfrom the catalytic hydrolysis of cellulose by ZrO2 material. These new findings improve our understanding of hydrogen production, and hopefully lead to sustainable production from crude glycerol and cellulose in the future.