Photofermentation
La photofermentation est un type particulier de production de biohydrogène (hydrogène produit par fermentation bactérienne dans un bioréacteur) à partir de substrats organiques (biodéchets le cas échéant[1]) biodégradés par un groupe de bactéries photosynthétiques, via une succession de réactions biochimiques impliquant trois étapes, comme dans le cas de la digestion anaérobie.
La photofermentation diffère de la fermentation à l'obscurité en ce qu'elle ne peut fonctionner qu'en milieu liquide et fortement éclairé. Ces deux approches peuvent toutefois être développées conjointement voire combinées[2] en recherchant des synergies comme cela a été testé à partir de molasses par Morsy (2017)[3].
Exemples
La photofermentation utilise généralement des bactéries du genre Rhodobacter[4], dont Rhodobacter sphaeroides SH2C (ou beaucoup d'autres bactéries pourpres non-sulfureuses[5]) peut être utilisé pour convertir des acides gras de faible taille moléculaire en hydrogène[6] et en d'autres sous-produits.
Plusieurs souches et espèces de bactéries peuvent être associées, par exemple Cellulomonas fimi et Rhodopseudomonas palustris ont été testées avec succès pour produire de l'hydrogène à partir de cellulose par Hitit et al. (2017)[7].
De l'éthanol a pu être récemment produit par Chlamydomonas reinharddtii, éthanol duquel on peut extraire de l'hydrogène ; ce qui semble constituer une autre voie prometteuse[8].
Le lactosérum a été testé pour la production photosynthétique d'hydrogène[9].
Recherche et développement
De nombreuses études sont en cours ou ont été lancées depuis la fin du XXe siècle, par exemple sur les thèmes suivants :
En 2011, des chercheurs chinois montrent qu'un pré-traitement alcalin avec exposition du substrat à un flux de microondes peut améliorer le processus[10].
En 2017, Akbari et Vaziri cherchent à modéliser et prédire la production[11], dont en fonction de la densité du substrat, paramètre étudié par Lu et al. en 2018 en bioréacteur expérimental[12].
En 2018, on montre que la bactérie Rhodobacter peut être immobilisée (Rhodobacter capsulatus JP91 dans ce cas)[13].
Références
- Kapdan I K et Kargi F (2006), Bio-hydrogen production from waste materials, Enzyme and Microbial Technology, 38(5), 569-582.
- Su H, Cheng J, Zhou J, Song W et Cen K (2009), Combination of dark-and photo-fermentation to enhance hydrogen production and energy conversion efficiency, International Journal of Hydrogen Energy (en), 34(21), 8846-8853 (résumé)
- Morsy F.M (2017), Synergistic dark and photo-fermentation continuous system for hydrogen production from molasses by Clostridium acetobutylicum ATCC 824 and Rhodobacter capsulatus DSM 1710, Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 169, 1-6 (résumé).
- Kapdan, I. K., Kargi, F., Oztekin, R. et Argun, H. (2009), Bio-hydrogen production from acid hydrolyzed wheat starch by photo-fermentation using different Rhodobacter sp, International Journal of Hydrogen Energy, 34(5), 2201-2207 (résumé).
- Redwood MD, Paterson-Beedle M et Macaskie LE (2008), Integrating dark and light biohydrogen production strategies: towards the hydrogen economy, Environ. Sci. Bio./Technol., DOI 10.1007/s11157-008-9144-9
- High hydrogen yield from a two-step process of dark-and photo-fermentation of sucrose
- Hitit Z.Y, Lazaro C Z et Hallenbeck P.C (2017), Single stage hydrogen production from cellulose through photo-fermentation by a co-culture of Cellulomonas fimi and Rhodopseudomonas palustris, International Journal of Hydrogen Energy, 42(10), 6556-6566 (résumé).
- Rosangela Costa, Thamayne Oliveira et Juliana Ferreira, « Prospective technology on bioethanol production from photo fermentation », Bioresource Technology, vol. 181,‎ , p. 330 (DOI 10.1016/j.biortech.2015.01.090, lire en ligne, consulté le )
- Moreno, P. C. (2018), Conception et application d'un procédé photosynthétique pour la production d'hydrogène à partir de lactosérum (thèse) (résumé)
- Cheng, J., Su, H., Zhou, J., Song, W. et Cen, K. (2011), Microwave-assisted alkali pretreatment of rice straw to promote enzymatic hydrolysis and hydrogen production in dark-and photo-fermentation, International Journal of Hydrogen Energy, 36(3), 2093-2101 (résumé)
- Akbari, L. et Vaziri, B. M. (2017), Comprehensive modeling of photo-fermentation process for prediction of hydrogen production, International Journal of Hydrogen Energy, 42(21), 14449-14457 (résumé).
- Lu, C., Zhang, Z., Zhou, X., Hu, J., Ge, X., Xia, C., … et Zhang, Q. (2018), Effect of substrate concentration on hydrogen production by photo-fermentation in the pilot-scale baffled bioreactor, Bioresource technology, 247, 1173-1176.
- Sağır, E., Yucel, M. et Hallenbeck, P. C. (2018), Demonstration and optimization of sequential microaerobic dark-and photo-fermentation biohydrogen production by immobilized Rhodobacter capsulatus JP91, Bioresource technology, 250, 43-52
Voir aussi
Articles connexes
- Fermentation
- Fermentative hydrogen production (en)
- Biohydrogène
- Fermentation (biochimie)
- Production d'hydrogène
- Photochimie
- Photobiologie
- Électrohydrogenèse
- Pile microbienne
- Biomimétisme
Liens externes
Bibliographie
- Argun, H. et Kargi, F., Bio-hydrogen production by different operational modes of dark and photo-fermentation: an overview, International Journal of Hydrogen Energy, 2011, 36(13), 7443-7459.