Фотобіоелектрохімічна конверсія відходів і біосировини з одержанням електричної енергії та енергоносіїв

В роботі поєднано три шляхи перетворення відходів на електричну енергію чи енергоносії. Перший стосується конверсії енергії органічних сполук стічних вод на водень та електрику в біопаливних елементах, в основі другого лежить поєднання перетворення сонячної енергії та органічних сполук при використанні неорганічного фотокатода в біопаливному елементі для продукування водню, в третьому – перетворення сонячної енергії та неорганічних газоподібних відходів на ліпіди фототрофних мікроводоростей. Таке поєднання процесів дозволяє комплексно перетворювати різноманітні відходи на енергоносії та електричну енергію.

Обґрунтовано раціональні параметри біотехнологічного процесу отримання водню в біоелектрохімічній системі, що дозволяє поєднувати цей процес із очищенням стічних вод від біогенних елементів (фосфору, азоту). Розроблено технологічну схему отримання водню з одночасним очищенням стічних вод солодового заводу та проведено її апробацію. Запропонована технологія дає змогу отримати газову суміш із вмістом водню до 99 % при низьких енергетичних витратах і гарантувати необхідну якість очищених стічних вод.
Запропоновано методи попередньої обробки сільськогосподарських відходів в залежності від складу сировини з метою одержання водню (хімічні та біологічні) та визначено технологічні умови процесів. З метою одержання водню та електричного струму запропоновано технологічну схему, в якій послідовно використовуються ферментаційні анаеробні процеси деструкції твердих відходів у першому реакторі (рН = 4-6), за використання розчинних органічних речовин продукування водню у другому (рН = 6-8) та одержання електрики при доочищенні стічної води у біоелектрохімічному паливному елементі. Визначено умови перебігу процесів з максимальним виходом водню. Концентрація водню у біогазі досягає 50% при переробці 60% сировини.

Встановлено можливість продукування водню у мікробних паливних елементах з напівпровідниковим фотокатодом. При цьому значення кулонівської ефективності становило 3,12 %, показник катодного відновлення водню 1,19%, продуктивність системи за воднем 4,89%.

Показана можливість культивування мікроводоростей Chlorella vulgaris за використання відходів різноманітного походження. Розроблено технологічну схему культивування мікроводорості Chlorella vulgaris за одночасного використання газових викидів підприємств та відходів різноманітного походження як живильних речовин для одержання біодизельного пального та встановлено параметри процесу.

Максимальний вихід ліпідної фракції (24%) відбувається за використання чергування світлового періоду з темновим 4ҳ4, температури 30°С, рН 6-7, одночасного живлення СО2 (або газових викидів, що містять до 6% СО2, 0,5% SO2, 1,5% NOx) та органічної речовини (цукрів, сечовини тощо). Досліджено вплив складу культурального середовища (концентрації сполук нітрогену, сульфуру) на приріст біомаси водоростей та накопичення ліпідної фракції.