Отходы пищевых производств как возобновляемые источники энергии: перспективность и технологические решения

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

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии @vestnik-susu-food

Рубрика: Актуальные проблемы развития пищевых и биотехнологий

Статья в выпуске: 2 т.9, 2021 года.

Бесплатный доступ

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.

Еще

Анаэробная ферментация, биокатализ, биотопливо, биоконверсия пищевых отходов

Короткий адрес: https://readera.org/147234338

IDR: 147234338   |   DOI: 10.14529/food210202

Список литературы Отходы пищевых производств как возобновляемые источники энергии: перспективность и технологические решения

  • 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 International, 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 circuitry: 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 Biopro-cesses, 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 waste-derived 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
  • Lummen N., Restbo 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 metabolism 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/ab s/pii/S0016236120307900?via %3Dihub.
  • Sarkar Omprakash, Venkata Mohan S. Pre-aeration 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.bior-tech.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.
Еще
Статья научная