Intensification du procédé de production d’hydrogène par fermentation obscure en bioréacteur membranaire : valorisation énergétique de biomasses

Intensification of the hydrogen production process by dark fermentation in a membrane bioreactor : energy valorization of biomasses

• Auteur / Autrice : Marie Renaudie
• Direction : Barbara Ernst
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et bioprocédés
• Date : Soutenance le 27/09/2019
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Phalip
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Barbara Ernst, Vincent Phalip, Emmanuel Guedon, Eric Trably, François Lesage, Stéphane Vuilleumier, Christine Dumas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Guedon, Eric Trably

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fermentation

Réacteurs à membrane

Bioréacteurs

Génération d'hydrogène

Énergie de la biomasse

Mots clés libres

Bioproduction

Fermentation obscure

Hydrogène

Bioréacteur membranaire

Endogène

Biomasse

Bioproduction

Dark fermentation

Hydrogen

Membrane bioreactor

Endogeneous

Biomass

Résumé

Cette étude porte sur l’intensification de la production d’hydrogène par fermentation obscure en bioréacteur membranaire liquide/gaz (BRM L/G) à fibres creuses et la valorisation de coproduits agricoles et agroalimentaires. A partir d’une solution modèle, sans réensemencement bactérien, des productions d’hydrogène stables (2,6±0,2 LH2/Lréacteur/j et 1,0±0,1 molH2/molglucose) ont été obtenues pendant plus d’un an, en favorisant l’émergence répétée de bactéries productrices d’hydrogène (Clostridium, Enterobacter), ayant colonisé le module membranaire. L’extraction efficace de l’hydrogène via la lumière des fibres creuses a été montrée et un optimum de concentration en glucides a été atteint (14 g/L). En bioréacteur semibatch, des biomasses variées ont généré par fermentation endogène (0,7-55 LH2/kgbiomasse), caractérisées par une identité métabolique et microbiologique et parfois l’inhibition de bactéries productrices d’hydrogène. Enfin, la mise en œuvre de la fermentation obscure endogène en BRM L/G utilisant des biomasses diversifiées a été démontrée, avec des performances de production élevées (4,1 LH2/L/j, 86,8 mLH2/gDCO).

This work focuses on the intensification of hydrogen production by dark fermentation in a liquid/gas hollow fiber membrane bioreactor (MBR L/G) and the valorization of coproducts from the agriculture and the food industry. Using a model substrate, without bacterial reseeding, stable hydrogen productions (2.6±0,2 LH2/Lreactor/d et 1.0±0.1 molH2/molglucose) were achieved during more than a year, selecting repeatedly hydrogen producing bacteria (Clostridium, Enterobacter), which have colonized the membrane module. The efficient extraction of hydrogen via the hollow fiber lumen was performed and an optimum of the concentration of sugars in the MBR was achieved (14 g/L). In a semibatch bioreactor, hydrogen production from various biomasses (0.7 and 55 LH2/kgbiomass) was possible and was characterized by a metabolic and microbiologic identity and, for some of the tests, the inhibition of hydrogen producing bacteria. Finally, the endogenous dark fermentation in the MBR L/G, using biomasses, was implemented, with high hydrogen production (4,1 LH2/L/d, 86,8 mLH2/gDCO).