ОТХОДЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ КАК ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ: ПЕРСПЕКТИВНОСТЬ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

Ирина Юрьевна Потороко, Лина Александровна Цирульниченко, Наталия Викторовна Попова, Мохан С. Венката

Аннотация


В статье проанализированы основные подходы получения альтернативных источников энергии, способных заменить углеводородное топливо. Обзор сфокусирован на деструкции пищевых отходов и возможных методах их переработки. Пищевые отходы определены как возобновляемый ресурс, обладающий огромным энергетическим, химическим и материальным потенциалом из-за присутствия в них органических функциональных веществ. Авторами представлена доказательная база применимости пищевых отходов, а также сточных вод предприятий пищевых производств для получения биотоплива. В статье рассмотрены методы пиролиза, анаэробной ферментации и технология сжижения газов Фишера–Тропша. Процессы биоконверсии пищевых отходов представлены как наиболее перспективные. Однако для извлечения максимального количества редуцирующих сахаров из пищевых отходов необходимо подвергнуть их предварительной обработке, которая может проводиться либо индивидуально с помощью физических, химических, физико-химических, биологических и ферментативных методов, либо в сочетании этих технологий. Среди новейших подходов к производству биоэлектроэнергии из биомассы с использованием бактерий в статье приведен обзор технологии микробных топливных элементов (биокатализ). Прирост энергии микроорганизмами происходит за счет окисления донор-электронов и восстановления акцептор-электронов. Изменение условий акцептора электронов создает возможности использования энергии. Это гибридная биоэлектрохимическая система преобразует химическую энергию, хранящуюся в биоразлагаемых отходах в электрическую энергию через окислительно-восстановительные реакции, с помощью микроорганизмов, выступающих в качестве биокатализаторов. Таким образом, авторами приведен обзор современных достижений в области эффективного использования пищевых отходов для создания продуктов с добавленной стоимостью, которые позволят обеспечить устойчивость продовольственных систем и станут инструментом для решения глобальной проблемы сохранения ископаемых ресурсов и минимизации экологических рисков для биосферы планеты.

Ключевые слова


анаэробная ферментация; биокатализ; биотопливо; биоконверсия пищевых отходов.

Полный текст:

PDF

Литература


Матковский П.Е., Яруллин Р.С., Старцева Г.П., Седов И.В. Биоэтанол: технологии получения из возобновляемого растительного сырья и области применения // Альтернативная энергетика и экология. 2010. № 6(86). C. 95–105. [Matkovskiy P.E., Yarullin R.S., Startseva G.P., Sedov I.V. Bioethanol: technologies of production from renewable vegetable raw materials and areas of applicaton/ P.E. Matkovskiy. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology, 2010, no. 6 (86), pp. 95–105. (in Russ.)].

Ahmed El Mekawy, Sandipam Srikanth, Suman Bajracharya, Hanaa M. Hegab, Poonam Singh Nigam, Anoop Singh, S. Venkata Mohan, Deepak Pant. Food and agricultural wastes as substrates for bioelectrochemical system (BES): The synchronized recovery of sustainable energy and waste treatment. Food Research Internation-al, 2015, vol. 73, pp. 213–225. DOI: 10.1016/j.foodres.2014.11.045

Chandrasekhar K., Venkata Mohan S. Bio-electrohydrolysis as a pretreatment strategy to catabolize complex food waste in closed cir-cuitry: Function of electron flux to enhance acidogenicbiohydrogen production. International Journal of Hydrogen Energy, 2014, vol. 39, pp. 11411–11422. DOI: 10.1016/j.ijhydene. 2014.05.035

Gildemyn S., Molitor B., Usack J.G., Nguyen M., Rabaey K., Angenent L.T. Upgrading syngas fermentation effluent using Clostridium kluyveri in a continuous fermentation Biotechnol Biofuels, 2017. DOI: 10.1186/s13068-017-0764-6.

Gn Nikhil, Sarkar Omprakash, Venkata Mohan S. Biohydrogen Production: An Outlook of Fermentative Processes and Integration Strategies. Optimization and Applicability of Bioprocesses, 2018, pp. 249–265. DOI: 10.1007/978-981-10-6863-8_12.

Hafid H.S., Rahman N.A., Abd-Aziz S., Hassan M.A. Enhancement of organic acids production from model kitchen waste via anaerobic digestion. African Journal of Biotechnology. Vol. 10(65), pp. 14507–14515. DOI: 10.5897/ AJB11.1360.

Karmee Sanjib Kumar. Liquid biofuels from food waste: current trends, prospect and limitation. Renew. Sustain. Energy Rev, 2016, vol. 53, pp. 945–953. DOI: 10.1016/j.rser. 2015.09.041

Kirsten J.J. Steinbusch, Hubertus V.M. Hamelers, Caroline M. Plugge, Cees J.N. Buisman. Biological formation of caproate and caprylate from acetate: fuel and chemical production from low grade biomass. Energy Environ. Sci., 2011, vol. 4, pp. 216–224. DOI: 10.1039/ c0ee00282h.

Lee W.S., Chua A.S.M., Yeoh H.K., Ngoh G.C. A review of the production and applications of wastederived volatile fatty acids. Chem. Eng. J., 2014. vol. 235 pp. 83–99. DOI: 10.1016/j.cej.2013.09.002

Li, Z., Yao, L., Kong, L., Liu, H. Electricity generation using a baffled microbial fuel cell convenient for stacking. Bioresour. Technol. 2008, vol. 99, pp.1650–1655. DOI: 10.1016/ j.biortech.2007.04.003.

Lümmen N., Røstbø E. V. Biowaste to hydrogen or Fischer-Tropsch fuels by gasificatione – AGibbs energy minimisation study forfinding carbon capture potentialand fossil carbon displacement on the road. Energy , 2020, vol. 211, p. 118996. DOI: 10.1016/j.energy.2020. 118996

Marchese M., Chesta S., Santarelli M., Lanzini A. Techno-economic feasibility of a bi-omass-to-X plant: Fischer-Tropsch wax synthesis from digestate gasification. Energy, 2021, vol. 228, p. 120581. 10.1016/j.energy.2021.120581.

Reddy Motakatla, Hayashi Satoru, Choi Dubok, Cho Hoon, Chang YC. Short chain and medium chain fatty acids production using food waste under non-augmented and bio-augmented conditions. Journal of Cleaner Production, 2017, p. 176. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.12.166.

Venkata Mohan S., Nikhil G.N., Chiranjeevi P., Nagendranatha Reddy C., Rohit M.V., Naresh Kumar A., Omprakash Sarkar. Waste biorefinery models towards sustainable circular bioeconomy: Critical review and future perspectives. Bioresource Technology, 2016, vol. 215, pp. 2–12. DOI: 10.1016/j.biortech. 2016.03.130

Sarkar Omprakash, Amradi Naresh, DahiyaShikha, Krishna Kamaja, YeruvaDileep, Venkata Mohan S. Regulation of acidogenic me-tabolism towards enhanced short chain fatty acid biosynthesis from waste: metagenomic profiling. RSC Adv., 2016, vol. 6 (22), pp. 18641–18653. DOI: 10.1039/C5RA24254A

Sarkar Omprakash, Katari John, Chatterjee Sulogna, Venkata Mohan S. Salinity induced acidogenic fermentation of food waste regulates biohydrogen production and volatile fatty acids profile. Fuel, 2020, vol. 276, pp. 1–9. DOI : 10.1016/j.fuel.2020.117794. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016236120307900?via %3Dihub.

Sarkar Omprakash, Venkata Mohan S. Preaeration of food waste to augment acidogenic process at higher organic load: Valorizing biohydrogen, volatile fatty acids and biohythane. Bioresour. Technol., 2017. DOI: 10.1016/j.biortech.2017.05.053.

Shikha Dahiya, A. Naresh Kumar, J. Shanthi Sravan, Sulogna Chatterjee, Omprakash Sarkar, S. Venkata Mohan Food waste biorefinery: Sustainable strategy for circular bioeconomy. Bioresource Technology, 2018, vol. 248, pp. 2–12.

Shikha Dahiya, Omprakash Sarkar, Swamy Y.V., Venkata Mohan S. Acidogenic fermentation of food waste for volatile fatty acid production with co-generation of biohydrogen. Bioresource Technology, 2015, vol. 182, pp. 103–113. DOI: 10.1016/j.biortech.2015.01.007.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.