Valorization of vinasse as broth for biological hydrogen and volatile fatty acids production by means of anaerobic bacteria

par Eduardo Bittencourt Sydney

Thèse de doctorat en Génie des Procédés

Sous la direction de Christian Larroche et de Carlos Ricardo Soccol.

Le président du jury était Alain Bergel.

Le jury était composé de José Vladimir de Oliveira.

Les rapporteurs étaient Alain Bergel, José Vladimir de Oliveira.

  • Titre traduit

    Valorisation de la vinasse de la canne à sucre comme milieu de culture pour la production biologique d'hydrogène et acides gras volatils par les bactéries anaérobies


  • Résumé

    La vinasse est le déchet liquide retiré de la base de colonnes de distillation de l'éthanol de canne à sucre à hauteur de 12 à 15 litres par litre d'alcool, ce qui entraîne une production estimée à environ 350 milliards de litres en 2012/2013 au Brésil. La vinasse a un pH faible et une forte demande chimique en oxygène, ce qui peut provoquer la désertification des terres, si elle est utilisée en excès comme amendement. En outre, une contamination des eaux souterraines liée aux épandages est observée dans certaines régions. L'aptitude de la vinasse à jouer le rôle de source d'éléments nutritifs pour la production de biohydrogène et d'acides gras volatils par des consortia microbiens anaérobies a été évaluée. Deux différents milieux à base de vinasse ont été proposés, un avec l’addition de jus de canne à sucre et l’autre avec l’addition de la mélasse comme source de carbone, et ont été comparés à un milieu supplémenté en saccharose. Des cultures bactériennes pures (4) et des consortia microbiens (7) ont été cultivées dans les milieux proposés et la production des acides gras volatils (AGV) et de biohydrogène ont été evalués. Le consortium LPBAH1, originaire d’un lac d’une ferme laitière et sélectionné pour la fermentation de la vinasse avec du jus de canne à sucre, conduit à un rendement en H2 de 7,14 molH2/molsucrose et à une teneur en hydrogène dans le biogaz d'env. 31% après optimisation. Par ailleurs, le processus optimisé en utilisant le consortium LPBAH2, originaire de fèces de chauves-souris frugivores, permet d'obtenir 3,66 molH2/molsucrose et 32,7% d'hydrogène dans le biogaz. Le processus proposé est d'une grande importance pour donner une destination plus rationnelle de la vinasse et d'élargir le bouquet énergétique brésilien en réduisant sa dépendance des combustibles fossiles.


  • Résumé

    Vinasse is the liquid waste removed from the base of sugarcane ethanol distillation columns at a ratio of 12-15 liters per liter of alcohol, resulting in an estimated production of approx. 350 billion liters in 2012/2013 in Brazil. Vinasse has a low pH and high chemical oxygen demand, which can cause land desertification when indiscriminately used as fertilizer. Also, underground water contamination is being observed in some regions. We evaluated the potential of vinasse as nutrient source for biohydrogen and volatile fatty acids production by means of anaerobic consortia. Two different vinasse-based media were proposed, using sugarcane juice or molasses as carbon source, and were compared to fermentation in a sucrosesupplemented medium. Pure cultures (4) and consortia (7) were cultured in the propose media and evaluated for volatile fatty acids (VFAs) and biohydrogen production. The consortium LPBAH1, originated from faeces of fruit bat, was selected for fermentation of vinasse supplemented with sugarcane juice and resulted in a higher H2 yield of 7.14 molH2/molsucrose and hydrogen content in biogas of approx. 31% after process optimization. Similarly, the optimized process using the consortium LPBAH2, originated from a lake of a dairy farm, resulted in 3.66 molH2/molsucrose and 32.7% hydrogen content in biogas. The proposed process is of great importance for giving a more rational destination to vinasse and expanding Brazilian energy matrix, reducing the dependence of fossil fuels.

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