광퍼멘테이션

광발효는 혐기성 전환과 유사한 3단계를 포함하는 일련의 생화학적 반응에 의해 다양한 광합성 박테리아 그룹에 의해 발현되는 유기 기질을 생물 수소로 발효시키는 것이다. 광진화는 빛이 있는 곳에서만 진행되기 때문에 진한 발효와 다르다.

예를 들어, 로도박터 스파이로이드 SH2C(또는 많은 다른 보라색 비황산균^[1])를 이용한 광발생을 고용하여 작은 분자 지방산을 수소^[2] 및 다른 제품으로 변환시킬 수 있다.

^[3] 광진화의 일반적인 과정을 묘사한다.

빛에 의존하는 경로

광방성균

광방성 박테리아는 수소가 유기 화합물에서 나오는 광진제를 통해 수소가스를 생산한다.^[4]

${\ce {C6H12O6 + 6H2O ->[{hv}] 6CO2 + 12H2}}:$ ^[4]

광학 프로듀서

광전자 생산자는 광전자생물과 비슷하지만, 유기체가 빛과 상호작용을 할 때 분해되는 물 분자에서 나오는 수소의 원천이다.^[4] 광합성 생산자는 조류와 특정 광합성 박테리아로 이루어져 있다.^[4]

${\ce {12H2O ->[{hv}] 12H2 + 6O2}}$ ${\ce {12H2O ->[{hv}] 12H2 + 6O2}}$ → ${\ce {12H2O ->[{hv}] 12H2 + 6O2}}$ v ${\ce {12H2O ->[{hv}] 12H2 + 6O2}}$ ${\ce {12H2O ->[{hv}] 12H2 + 6O2}}$ + ${\ce {12H2O ->[{hv}] 12H2 + 6O2}}$ ${\ce {12H2O ->[{hv}] 12H2 + 6O2}}$ 2 $displaystyle {\ce {12H2O ->[{hv}] 12H2$ + $6O2$ 알개)^[4]

${\ce {CO + H2O ->[{hv}] H2 + CO2}}$ + ${\ce {CO + H2O ->[{hv}] H2 + CO2}}$ ${\ce {CO + H2O ->[{hv}] H2 + CO2}}$ O ${\ce {CO + H2O ->[{hv}] H2 + CO2}}$ → ${\ce {CO + H2O ->[{hv}] H2 + CO2}}$ ${\ce {CO + H2O ->[{hv}] H2 + CO2}}$ ${\ce {CO + H2O ->[{hv}] H2 + CO2}}$ 2 ${\ce {CO + H2O ->[{hv}] H2 + CO2}}$ + ${\ce {CO + H2O ->[{hv}] H2 + CO2}}$ 2 $displaystyle {\co$ + $H2O ->[{hv}] H2$ + $CO2$ 광성세균)^[4]

지속 가능한 에너지 생산

보라색 비황색 생성세균을 통한 광증착은 바이오연료 생산의 방법으로 탐구되어 왔다.^[5] 이러한 박테리아의 천연 발효 제품인 수소 가스는 천연가스 에너지원으로 활용될 수 있다.^[6]^[7] 박테리아 대신 해조류를 통한 광진화는 다른 액체 연료 대안으로 바이오에탄올 생산에 사용된다.^[8]

생물학자의 기본 원리. 광진화 바이오레이터는 공기 통로를 포함하지 않을 것이다.

메커니즘

이 박테리아와 그 에너지원은 공기와 산소가 없는 생물반응기실에 보관된다.^[7] 박테리아 종에 대한 적절한 온도는 생물작용제에 유지된다.^[7] 이 박테리아는 단순한 당류 분자로 구성된 탄수화물 다이어트로 지속된다.^[9] 탄수화물은 일반적으로 농업 폐기물이나 임업 폐기물에서 나온다.^[9]

변형

바이오에탄올 생산에 적합한 생물작용제에서의 조류(특정되지 않은 종) 묘사.

과학자들은 야생 형태의 로도프서도모나스 팔루스트리스 외에도 수소를 생산하기 위해 유전자 변형 형태를 사용해 왔다.^[5] 다른 탐험으로는 박테리아, 해조류 또는 시아노박테리아의 조합을 보유하도록 생물작용제 시스템을 확장하는 것이 있다.^[7]^[9] 에탄올 생산은 다른 종들 중에서도 녹조 클라미도모나스 라인하르티이에 의해 빛과 어두운 환경에서 수행된다.^[8] 빛과 어둠 환경의 순환도 수소 생산을 위한 박테리아로 탐구되어 수소 수율을 증가시키고 있다.^[10]

이점

이 박테리아는 일반적으로 분해된 농업 폐기물이나 물 상추나 사탕무 당밀과 같은 원하지 않는 농작물을 먹는다.^[11]^[5] 이러한 폐기물의 풍부함은 박테리아의 안정적인 식량을 보장하고 인간이 생산한 폐기물을 생산적으로 사용한다.^[5] 암흑 발효에 비해 광발효는 반응당 더 많은 수소를 생성하며, 암흑 발효의 산성 최종 산물을 피한다.^[12]

제한 사항

지속 가능한 에너지원으로서의 광진화의 주된 한계는 생물작용제의 박테리아를 유지하는 정확한 요구조건에서 비롯된다.^[7] 연구원들은 생물 반응기 내의 박테리아에 대해 일정한 온도를 유지하는 것이 어렵다는 것을 발견했다.^[7] 게다가, 박테리아를 위한 성장 매체는 생물작용제 시스템에 공기를 주입하지 않고 회전하고 새로워져야 하며, 이것은 이미 비싼 생물작용제 설치를 복잡하게 만든다.^[7]^[9]

참고 항목

참조

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외부 링크

[1] Redwood MD, Paterson-Beedle M, Macaskie LE (June 2009). "Integrating dark and light bio-hydrogen production strategies: towards the hydrogen economy" (PDF). Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 8 (2): 149–185. doi:10.1007/s11157-008-9144-9. S2CID 83562378.

[2] Tao Y, Chen Y, Wu Y, He Y, Zhou Z (February 2007). "High hydrogen yield from a two-step process of dark-and photo-fermentation of sucrose". International Journal of Hydrogen Energy. 32 (2): 200–6. doi:10.1016/j.ijhydene.2006.06.034.

[3] Gabrielyan, Lilit; Sargsyan, Harutyun; Trchounian, Armen (2015-09-04). "Novel properties of photofermentative biohydrogen production by purple bacteria Rhodobacter sphaeroides: effects of protonophores and inhibitors of responsible enzymes". Microbial Cell Factories. 14 (1): 131. doi:10.1186/s12934-015-0324-3. ISSN 1475-2859. PMC 4558839. PMID 26337489.

[:4-4] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Ghimire A, Frunzo L, Pirozzi F, Trably E, Escudie R, Lens PN, Esposito G (April 2015). "A review on dark fermentative biohydrogen production from organic biomass: Process parameters and use of by-products". Applied Energy. 144: 73–95. doi:10.1016/j.apenergy.2015.01.045.

[:3-5] Corneli E, Adessi A, Olguín EJ, Ragaglini G, García-López DA, De Philippis R (December 2017). "Biotransformation of water lettuce (Pistia stratiotes) to biohydrogen by Rhodopseudomonas palustris". Journal of Applied Microbiology. 123 (6): 1438–1446. doi:10.1111/jam.13599. hdl:2434/837874. PMID 28972701. S2CID 4312887.

[:0-6] Laurinavichene T, Tekucheva D, Laurinavichius K, Tsygankov A (March 2018). "Utilization of distillery wastewater for hydrogen production in one-stage and two-stage processes involving photofermentation". Enzyme and Microbial Technology. 110: 1–7. doi:10.1016/j.enzmictec.2017.11.009. PMID 29310850.

[:1-7] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Uyar B (September 2016). "Bioreactor design for photofermentative hydrogen production". Bioprocess and Biosystems Engineering. 39 (9): 1331–40. doi:10.1007/s00449-016-1614-9. PMID 27142376. S2CID 31956368.

[:5-8] Costa RL, Oliveira TV, Ferreira J, Cardoso VL, Batista FR (April 2015). "Prospective technology on bioethanol production from photofermentation". Bioresource Technology. 181: 330–7. doi:10.1016/j.biortech.2015.01.090. PMID 25678298.

[:2-9] Zhang Q, Wang Y, Zhang Z, Lee DJ, Zhou X, Jing Y, Ge X, Jiang D, Hu J, He C (April 2017). "Photo-fermentative hydrogen production from crop residue: A mini review". Bioresource Technology. 229: 222–230. doi:10.1016/j.biortech.2017.01.008. PMID 28108074.

[10] Chen CY, Yang MH, Yeh KL, Liu CH, Chang JS (September 2008). "Biohydrogen production using sequential two-stage dark and photo fermentation processes". International Journal of Hydrogen Energy. 33 (18): 4755–4762. doi:10.1016/j.ijhydene.2008.06.055.

[11] Keskin T, Hallenbeck PC (May 2012). "Hydrogen production from sugar industry wastes using single-stage photofermentation". Bioresource Technology. 112: 131–6. doi:10.1016/j.biortech.2012.02.077. PMID 22420990.

[12] Chandrasekhar K, Lee YJ, Lee DW (April 2015). "Biohydrogen production: strategies to improve process efficiency through microbial routes". International Journal of Molecular Sciences. 16 (4): 8266–93. doi:10.3390/ijms16048266. PMC 4425080. PMID 25874756.

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