การผลิตไฮโดรเจนจากหญ้าเนเปียร์และทะลายปาล์มเปล่าด้วยกระบวนการหมักแบบขั้นตอนเดียวในสภาพของแข็ง

บทคัดย่อ

โครงการวิจัยย่อยที่ 2 มีวัตถุประสงค์ เพื่อพัฒนากระบวนการหมักแบบขั้นตอนเดียวในสภาพของแข็ง (solid-state fermentation) โดยการย่อยสลายชีวมวลและหมักไฮโดรเจนในขั้นตอนเดียวในสภาวะที่ไม่มีน้ำ อิสระในระบบ โดยใช้NG และ OPF ที่ผ่านการปรับสภาพด้วย DES เป็นวัตถุดิบในการหมัก และใช้กลุ่มเชื้อ KKU-MC1 และ H2 producer (จากโครงการวิจัยย่อยที่ 1) ในการผลิตเอนไซม์ย่อยสลายชีวมวลและผลิตไฮโดรเจน ตามลำดับ วัตถุประสงค์ของโครงการวิจัยนี้ คือ (1) เพื่อศึกษาการปรับสภาพ (กำจัดลิกนิน) NG และ OPF ด้วย DES ที่เตรียมจากกรดแลกติก (Lactic acid, LA) และโคลีนคลอไรด์ (choline chloride, ChCl) (2) เพื่อศึกษาการผลิตไฮโดรเจนจากหญ้าเนเปียร์และทางใบปาล์มด้วยกระบวนการหมักแบบขั้นตอน เดียวในสภาพของแข็งในระดับห้องปฏิบัติการ และ (3) เพื่อสร้างต้นแบบกระบวนการปรับสภาพวัตถุดิบด้วย ตัวทำละลายดีพยูเทคติก การวิจัยดำเนินการโดยการหาสภาวะที่เหมาะสมในการปรับสภาพ NG และ OPF โดยใช้วิธีพื้นผิวตอบสนอง (response surface methodology, RSM) แบบส่วนประสมกลาง (central composite design, CCD) จากนั้นศึกษาการผลิตไฮโดรเจนจากหญ้าเนเปียร์ที่ผ่านการปรับสภาพ (PNG) และ ทางใบปาล์มที่ผ่านการปรับสภาพ (POPF) โดยการหาสภาวะที่เหมาะสมในการหมักด้วยวิธี RSM แบบ BoxBehnken Design (BBD) นอกจากนี้ ยังได้พัฒนาต้นแบบถังปรับสภาพวัตถุดิบขนาด 100 ลิตร เพื่อใช้ในการ ปรับสภาพชีวมวลด้วยตัวทำละลาย DES จากการทดลองพบว่าสภาวะที่เหมาะสมในการปรับสภาพ NG คือ อัตราส่วน LA:ChCl เท่ากับ 15:1 โมลต่อโมล ชีวมวลเริ่มต้นร้อยละ 5 โดยน้ำหนัก อุณหภูมิการปรับสภาพ 100 องศาเซลเซียส และระยะเวลาในการปรับสภาพ 5 ชั่วโมง ซึ่งสามารถกำจัดลิกนินจาก NG ได้ร้อยละ 63.9 ? 1.8 โดยน้ำหนัก ในขณะที่สภาวะที่เหมาะสมในการปรับสภาพ OPF คือ อัตราส่วน LA:ChCl เท่ากับ 10.6:1 โมลต่อโมล ชีวมวลเริ่มต้นร้อยละ 5.4 โดยน้ำหนัก อุณหภูมิการปรับสภาพ 100 องศาเซลเซียส และระยะเวลา ในการปรับสภาพ 8 ชั่วโมง ซึ่งสามารถกำจัดลิกนินจาก OPF ได้ร้อยละ 52.2 ? 1.7 โดยน้ำหนัก เมื่อนำ PNG และ POPF ไปใช้เป็นวัตถุดิบในการหมักแบบขั้นตอนเดียวในสภาพของแข็งภายใต้สภาวะที่เหมาะสมโดยใช้ กลุ่มเชื้อ KKU-MC1 และ H2 producer ร่วมกัน สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ 0.9 ? 0.1 และ 0.6 ? 0.0 มิลลิลิตรต่อกรัมของแข็งระเหยง่าย ตามลำดับ โดยมีสภาวะที่เหมาะสมต่อการหมัก PNG คือ ความชื้นเริ่มต้น ของวัตุดิบร้อยละ 71 โดยน้ำหนัก อัตราส่วนกลุ่มเชื้อ KKU-MC1 ต่อชีวมวล และอัตราส่วนกลุ่มเชื้อ H2 producer ต่อชีวมวล ร้อยละ 17 และ 20 โดยปริมาตรต่อน้ำหนัก ตามลำดับ และสภาวะที่เหมาะสมต่อการ หมัก POPF คือ ความชื้นเริ่มต้นของวัตุดิบร้อยละ 71.5 โดยน้ำหนัก อัตราส่วนกลุ่มเชื้อ KKU-MC1 ต่อชีวมวล และอัตราส่วนกลุ่มเชื้อ H2 producer ต่อชีวมวล ร้อยละ 30.0 และ 15.5 โดยปริมาตรต่อน้ำหนัก ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ค่าผลได้ไฮโดรเจนที่ได้จากการทดลองมีค่าค่อนข้างต่ำ จึงศึกษาเพิ่มเติมโดยใช้เอนไซม์เซลลูเลส ทางการค้า (Cellic? CTec3) ทดแทนกลุ่มเชื้อ KKU-MC1 และใช้กลุ่มเชื้อ H2 producer ในการผลิต ไฮโดรเจน จากการทดลองสามารถผลิตไฮโดรเจนจาก PNG และ POPF ได้เพิ่มขึ้นเล็กน้อยเป็น 2.5 ? 0.2 และ 1.1 ? 0.1 มิลลิลิตรต่อกรัมของแข็งระเหยง่าย ตามลำดับ และได้ศึกษาการใช้กลุ่มเชื้อ KKU-MC1 ร่วมกับ กลุ่มเชื้อจุลินทรีย์ผสมที่ได้จากระบบบำบัดน้ำเสียแบบไร้อากาศ (anaerobic granules, AG) ทดแทนกลุ่มเชื้อ H2 producer แต่ไม่สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ ดังนั้น จึงศึกษาเพิ่มเติมโดยใช้เซลลูเลสทางการค้า (Cellic? CTec3)…

ระดับความพร้อมของโครงการ