|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Переработка органических отходов в электроэнергию при помощи микроорганизмов с использованием интегрированного в среду ферментации гидрогеназного электрода НИР
- Руководитель НИР: Садраддинова Э.Р.
- Участники НИР: Нетрусов А.И.
- Подразделение: Биологический факультет
- Срок исполнения: 7 июня 2011 г. - 25 октября 2013 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): № 16.740.11.0684
- Номер ЦИТИС: 01201177025
- Тип: Прикладная
- Приоритетное направление научных исследований: Физико-химические основы биологии и биотехнологии
- ПН России: Рациональное природопользование
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
-
Ключевые слова:
биоводород, гидрогеназа, биореактор., ферментный топливный элемент, возобновляемое топливо, водород, целлюлоза, органическое сырье, термофильные микроорганизмы
-
Описание:
Разработка экономически эффективной технология получения электроэнергии и водорода путем микробной переработки целлюлозосодержащих органических отходов (пищевых, сельскохозяйственных, твердых бытовых и бумажных отходов.)Существенное снижение затрат на ликвидацию отходов, с максимальным положительным экономическим эффектом за счет получения экологически чистого возобновляемого топлива и энергии, а также освобождение полезных территорий ввиду снижения объема захороненных отходов.
-
Основные результаты:
Была проведена оценка способности полученных сообществ и чистых культур микроорганизмов сохранять целлюлозолитическую активность и образовывать водород в лабораторной установке для переработки целлюлозосодержащих отходов в биоводород и электроэнергию при варьировании температуры, скорости перемешивания в ферментере и т.д. Проведено сравнение эффективности процесса при изменении условий культивирования. Оптимизирована работа комплексной системы получения электричества из различных органических отходов по следующим параметрам: мощность и операционная стабильность. Проведена комплексная оценка эффективности работы установки при единовременной ферментации целлюлозосодержащего субстрата и окислении водорода на ферментном электроде с получением электрического тока. Проведен анализ теоретических и практических результатов, опубликованных в авторитетных научных изданиях и сравнение результатов полученных в данной работе на предыдущих этапах с литературными данными.Обобщены результаты проведенного исследования. Оформлены документы заявки на получение патента согласно существующим нормативам. Проведено измерение и расчет количества потребленного субстрата микроорганизмами в сравнении с полученной мощностью установки. Оценена эффективности непрерывной работы сконструированной установки на протяжении длительной ферментации. Ффиксированы наличия незначительных изменений основных параметров с течением времени. Проведено обобщение полученного в результате работы методического материала по методам оценки состава метаболитов, проведению ферментации комплексных соединений на примере целлюлозы, конструированию и оптимизации топливной ячейки и т.д. Оформлена соответствующая нормативам документация.Проведено сравнение эффективности работы сконструированной установки по переработке целлюлозосодержащих отходов в электричество с опубликованными мировыми альтернативными разработками.
- Добавил в систему: Садраддинова Эльмира Рамиз-кызы
Источник финансирования НИР
| ФЦП: Федеральная целевая программа, Проведение научных исследований молодыми учеными - кандидатами наук. |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 7 июня 2011 г.-25 августа 2011 г. | Поиск и отбор образцов водород-производящих целлюлозолитических сообществ, из различных экотопов. Селекция и выделение микробных сообществ и чистых культур, образующих максимальное количество водорода. |
| Результаты этапа: Изучены возможные экологические и природные зоны характеризующиеся активной деструкцией целлюлозосодержащих материалов и газообразованием, в которых возможно было произвести отбор образцов. Проведен отбор образцов - почвы, водоемов, симбионтов животных и насекомых. Проведен подбор питательных сред, режимов перемешивания, температуры выращивания для отобранных образцов сообществ микроорганизмов. Отобраны наиболее выделяющиеся по целлюлозолитической активности и газообразованию сообщества микроорганизмов. Из отобранных сообществ выделены чистые культуры микроорганизмов, активно образующие водород. | ||
| 2 | 26 августа 2011 г.-31 октября 2011 г. | Разработка методик исследования метаболизма выделенных микроорганизмов. Подбор и изучение свойств гидрогеназного электрода. |
| Результаты этапа: Подобраны оптимальные методы и условия для измерения состава продуктов газовой и жидкой фаз, полученных при культивировании отобранных сообществ и чистых культур микроорганизмов. Проведена постановка методов газовой, газо-жидкостной хроматографий с учетом особенности состава анализируемых смесей метаболитов. Изучены свойства различных типов ферментных электродов, осуществляющих реакцию разложения водорода и способных работать в непосредственном контакте с культуральной жидкостью. Отобраны наиболее эффективные образцы. Измерены вольт-амперные характеристики ферментного электрода в буферах различного солевого состава, при различных значениях рН. | ||
| 3 | 1 января 2012 г.-20 августа 2012 г. | Идентификация выделенных микроорганизмов современными молекулярно-генетическими методами. Изучение их метаболитической активности. |
| Результаты этапа: Изучен состав сообществ и определена чистота выделенных культур современными молекулярными методами, как DGGE-анализ и сиквенс 16S РНК. Проведен анализ теоретических и практических результатов, опубликованных в авторитетных научных изданиях. Проведено сравнение результатов полученных в данной работе на предыдущих этапах с литературными данными. Осуществлены измерение и расчет количества потребленного субстрата микроорганизмами и проведено сравнение с величиной образованного в результате процесса биоводорода. Оценена зависимость скорости и количества образования водорода от буферной емкости среды культивирования. Оценено изменение скорости и эффективности образования водорода. | ||
| 4 | 21 августа 2012 г.-25 октября 2012 г. | Исследование характеристик водородного ферментного электрода при окислении водорода, продуцируемого бактериями. Изучение эффективности продукции водорода в зависимости от вида целлюлозосодержащих отходов. |
| Результаты этапа: Исследован процесс образования водорода микроорганизмами при увеличении содержания различных солей для увеличения ионной силы и снижения сопротивления раствора до значений, оптимальных для функционирования ферментного электрода. Исследованы характеристики водородного ферментного электрода в буферном растворе при окислении водорода, образуемого бактериями. Изучена эффективность процесса образования водорода выделенными сообществами микроорганизмов в зависимости от вида целлюлозосодержащих отходов (пищевые, бумажные отходы, отходы сельского хозяйства). | ||
| 5 | 1 января 2013 г.-20 августа 2013 г. | Интеграция водородного электрода на основе ферментов непосредственно среду ферментации органического сырья для получения электроэнергии |
| Результаты этапа: Проведена интеграция водородного электрода на основе ферментов с биореакторной системой, осуществляющей переработку целлюлозосодержащих отходов в водород, исследован состав метаболитов, продуцируемых отобранными микробными сообществами или чистыми культурами микроорганизмов, в лабораторной установке для переработки целлюлозосодержащих отходов в биоводород и электроэнергию при помощи аналитических методов (ГХ, ГЖХ, электрохимические методы). Также исследованы характеристики водородного ферментного электрода при окислении водорода, образуемого микроорганизмами при переработке целлюлозосодержащих отходов. Проведено исследование операционной стабильности системы переработки целлюлозосодержащих отходов в биоводород с интегрированным водородным электродом в течение 1-5 суток. Проведены патентные исследования водородных биологических топливных элементов в соответствии ГОСТ Р 15.011-96. | ||
| 6 | 21 августа 2013 г.-25 октября 2013 г. | Оптимизация работы комплексной системы получения биоводорода и электричества из различных типов органического сырья. Разработка описания технологии переработки органического сырья в биоводород и электроэнергию. |
| Результаты этапа: Исследовано влияние на характеристики лабораторной установки для переработки целлюлозосодержащих отходов в биоводород и электроэнергию различных параметров. Оптимизирована работа и испытана лабораторная установка для конверсии органического сырья в электричество через промежуточное образование биоводорода. Подготовлены результаты, полученные на предыдущих этапах выполнения работ по проекту для опубликования в научных журналах. Подготовлена заявка на получение патента на установку переработки органического сырья в биоводород и электроэнергию. Рассчитана эффективность трансформации целлюлозосодержащих отходов в биоводород и электроэнергию. Исследована операционная стабильность, проведены ресурсные испытания системы в течение 5-30 суток. Разработано описание технологии переработки органического сырья в биоводород и электроэнергию. Составлен заключительный отчет. Проведена оценка полноты решения задач и эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".