EUREKA

E!3654

Biodegradace polymerních substrátů.

Důkazem úspěšné spolupráce v oblasti výzkumu a vývoje je zapojení společnosti EPS, s.r.o. do mezinárodního grantového projektu programu EUREKA, kde se v letech 2007 - 2009 společně s ostatními subjekty (VŠCHT Praha, Aqua test a.s., Univesity of Maribor Slovenia a Tosama Tovarna Sanitetnega Materi aly D.D., Slovenia) podílela na řešení problematiky biodegradace polymerních substrátů.

Základním cílem projektu bylo získání a ověření komplexní znalosti, která je nezbytně nutná pro zavedení a realizaci technologií biologického odbourání polymerních odpadů, které představují pevné odpady na bázi jak přirozených, tak syntetických polymerů. Záměrem společnosti EPS, s.r.o. bylo vybudování nutné metodologie, získání komplexní aplikovatelné znalosti o možnosti použít odpadních materiálů na bázi nativní celulózy v biozplyňující jednotce.

PODPORA PROJEKTU

V první etapě projektu byla realizována konstrukce laboratorního bioreaktoru pro potřeby testování bakteriálních kmenů schopných degradovat nativní celulózu za účelem odstraňování odpadních materiálů typu celulózy a produkce bioplynu. Součástí první etapy byla také optimalizace, monitoring, kalibrace a intenzifikace nového systému. Před zahájením vlastního návrhu bioreaktorů byly prostudovány dostupné literární zdroje a zpracována stručná rešerše. Dle vypracované dokumentace byla zkonstruována baterie čtyř temperovatelných, laboratorních bioreaktorů vhodných pro testování procesů anaerobní digesce. Byl vypracován a odzkoušen systém měření, který je schopen monitorovat jak množství vyvíjeného bioplynu, tak i jeho kvalitu. Dále byl proveden zkušební provoz laboratorních fermentorů. V průběhu zkušebního provozu byl proveden test vhodnosti a využitelnosti rostlinného materiálu s obsahem celulozy (tzv. makoviny po extrakci - odpad z farmaceutického průmyslu) pro anaerobní digesci za účelem produkce bioplynu. Ze závěrečného hodnocení provedených experimentů vyplynulo, že navržené bioreaktory jsou s úspěchem schopny fungovat jako model BPS v laboratorním měřítku.

Druhá etapa projektu se týkala návrhu a konstrukce poloprovozního bioreaktoru (poloprovozní biozplyňující jednotky). V průběhu etapy byl zkonstruován poloprovozní bioreaktor pro potřeby testování vybraných mikrobiálních kmenů schopných degradovat nativní celulózu za účelem odstraňování odpadních materiálů typu celulózy a produkce bioplynu. Součástí druhé etapy byla také optimalizace, monitoring, kalibrace a intenzifikace nového systému. Před zahájením vlastního návrhu bioreaktoru byly prostudovány dostupné literární zdroje a zpracována stručná rešerše. Dle vypracované dokumentace byl zkonstruován poloprovozní temperovatelný bioreaktor o celkovém objemu 330 l, který je vhodný pro testování procesů anaerobní digesce. Dále byl vypracován a odzkoušen systém měření, který je schopen monitorovat jak množství vyvíjeného bioplynu, tak i jeho kvalitu. Byl proveden zkušební provoz poloprovozního fermentoru. V průběhu zkušebního provozu proběhl test vhodnosti a využitelnosti rostlinného materiálu s obsahem celulózy - konkrétně amarantu - pro anaerobní digesci za účelem produkce bioplynu. Ze závěrečného hodnocení provedených experimentů vyplynulo, že navržený bioreaktor je s úspěchem schopen fungovat jako model BPS ve zmenšeném měřítku a testovat rostlinné materiály na bázi celulózy. V průběhu zkušebního provozu bylo vyhodnoceno, že amarant je vhodnou surovinou pro zpracování procesem anaerobní digesce. Je však nutné počítat s mírně prodlouženou dobou zdržení v BPS, která je nutná k jeho rozkladu a maximalizaci výtěžku bioplynu.

V třetí etapě projektu byly bioreaktory použity pro selekci technologicky nejvhodněji disponovaného mikroorganismu schopného předupravit vybrané polymerní materiály takovým způsobem, aby byla kladně ovlivněna následná produkce bioplynu. Jinými slovy jedná se o nalezení takového prokaryotního či eukaryotního taxonu, který díky své metabolické činnosti zpřístupní jinak značně odolné materiály na bázi lignocelulosy mikroorganismům participujícím na procesu tvorby bioplynu.

V průběhu aerobní hydrolýzy lignocelulosových materiálů byly použity čtyři substráty ze zemědělského a dřevozpracujícího průmyslu obsahující celulosu:
1.) Makovina
2.) Odpadní papír
3.) Sláma
4.) Piliny z měkkého dřeva.

Pro srovnání účinnosti biologické hydrolýzy lignocelulosových materiálů pro tvorbu bioplynu byl proveden rozsáhlý screening v laboratorních podmínkách zaměřený na porovnání produkce bioplynu z těchto 4 typů substrátů předupravených metabolickým působením 3 různých mikroorganismů s prokazatelnými celulolytickými schopnostmi. Jednalo se o jednoho zástupce prokaryontních mikroorganismů - dosud neidentifikovanou bakterii Tur 3 (pracovní název), pocházející z vlastní sbírky společnosti EPS, s.r.o. a dva zástupce eukaryot. Tyto dva taxony byly vybrány na základě experimentů, které byly v rámci tohoto projektu provedeny na VŠCHT. Jednalo se o kvasinku Trichosporon cutaneum a plíseň Trichoderma reesei.

V současnosti je pro řadu biotechnologií dominantní nákladovou položkou substrát. Jako cenově nejpřijatelnější se jeví tzv. “lower-value” substráty jako jsou např. lignocelulosové materiály, které nabízejí skvělé možnosti pro redukci produkčních nákladů. Lignocelulosová biomasa je tvořena zejména tvrdým a měkým dřevem, travní hmotou a rezidui ze zemědělství. Dále sem řadíme odpadní papír, městské pevné odpady apod.

Biologická konverze lignocelulos na biotechnologicky použitelné produkty vyžaduje:
1.) delignifikační krok, který „osvobodí celulosu a hemicelulosu z jejich komplexu s ligninem,
2.) následuje depolymerizační krok, kdy se polymerní uhlovodíky přemění na volné cukry,
3.) nakonec fermentační krok.

Klíčovým procesem je delignifikace. V minulých dvou dekádách byla pozornost věnována termálním, mechanickým, chemickým a v neposlední řadě i enzymovým způsobům delignifikace. Jiný možný přístup, ke kterému jsme v našem projektu přistoupili i my, spočívá v biologickém rozkladu lignocelulosových materiálů, jehož výhodou jsou mírné reakční podmínky, vyšší výtěžnost procesu, menší požadavky na spotřebu energie a odolnost bioreaktoru (z hlediska tlaku a koroze).

Cílem jakkoliv koncipovaných předúprav lignolytických substrátů je zpřístupnění sacharidových jednotek lignocelulosového komplexu enzymovému aparátu mikroorganismů s produkčním, biotransformačním či jinak zužitkovatelným potenciálem. Právě z důvodů nižších provozních a pořizovacích nákladů se dostávají tyto metody do popředí zájmu.

Z výsledků projektu vyplývá, že jsme nalezly dva eukaryotní taxony se schopnostmi rozkládat polymerní materiály na bázi celulosy. Jedná se o kvasinku Trichosporon cutaneum a plíseň Trichoderma reesei. Oba uvedené kmeny jsou schopny v průběhu 4 až 6 týdenní kultivace naštěpit takové množství lignocelulosového materiálu, že při jeho zpracování v biozplyňující jednotce dojde k intenzifikaci produkce bioplynu o cca 1 až 10 %. V průběhu experimentů bylo zjištěno, že lze pracovat jak se submerzním systémem, tak i s mikroorganismy ve formě biofilmu, které kolonizují příslušný substrát.

Z těchto výsledků vyplývá, že předúprava polymerních substrátů s obsahem lignocelulosy je velmi důležitým krokem umožňujícím intenzifikovat následné biotechnologické postupy a ekonomicky zužitkovat dosud opomíjené typy substrátů.

Způsob kontroly a hodnocení postupu řešení projektu a dosažených výsledků bylo prováděno podle zavedených laboratorních metodických postupů v souladu s firemními SOP; v konkrétních případech byla vhodná metoda přizpůsobena konkrétním potřebám experimentální práce. Hodnocení postupu řešení projektu a dosažených výsledků bylo provedeno použitím statistických metod správné laboratorní praxe.
ukázat projekt VINTER
VINTER
ukázat projekt KONSOR
KONSOR
ukázat projekt VINIFER
VINIFER
ukázat projekt RYBY
RYBY
ukázat projekt SNIP
SNIP
ukázat projekt LOWINE
LOWINE
ukázat projekt STERIL
STERIL
ukázat projekt BČOV
BČOV
ukázat projekt VMSČV
VMSČV
ukázat projekt TVINK
TVINK
ukázat projekt PESTICIDY
PESTICIDY

EPS biotechnology, s.r.o.
 
web EPS
 
kde jsme
 
zavolejte
 
mapa webu

UKONČENÉ PROJEKTY
ANAREM   ǀ   CARRIER   ǀ   Elektřina   ǀ   Techtool   ǀ   Sanační modul   ǀ   Denitrifikace   ǀ   BioSurfaktant   ǀ   Odsiřování   ǀ   Inokulum   ǀ   Trvalá Prosperita   ǀ   EUREKA

Prohlášení o ochraně osobních údajů