Study and implementation of a membrane bioprocess for hydrogen production combining electromicrobiology and dark fermentation
Étude et mise en oeuvre d’un bioprocédé membranaire de production d’hydrogène combinant électromicrobiologie et fermentation sombre
Résumé
In the energetic crisis context that mainly use fossil ressources, studies are currently ongoing in order to produce an energy more respectful of the environment, such as H₂. The molecule is a good energetic vector compared to oil. However, H₂ producing method produce 13t of CO₂ for 1t of H₂ produced. Many studies have already done, using microorganisms for H₂ production. This is particularly the case for dark fermentation, using anaerobic microorganisms and microbial electrolysis, using electroactives microorganisms that can oxidise acids from dark fermentation and then, transfer or take electrons to/from the environement. Nevertheless, the H₂ production yield of the two methods is low et do not reach the highest theorical H₂ production. Combining the two methods can lead to a total conversion of organic matter into CO₂ and H₂. The main goal of the thesis is to produce H₂ by integrating the two methods in one system, favoriting specialized electroactives biofilm implementation on the cathode and anode. For this purpose, graphite felt was selected for the anode and tubular membranes in silicon carbon or silicon nickel were selected for the cathode. Then, tubular membranes were electrochemically characterized which allowed the selection of the silicone carbone based membrane because of their electrochemical reactivity. Finally, an experimental design of the bioreactor was selected amount three proposed design and used to have the best H₂ production in short-cut. Microbial population showed that some phyla and classes preferred to implant at the anode or at the cathode.
Dans le contexte de la crise énergétique qui dépend principalement de ressources fossiles, des études sont réalisées afin de produire de l'énergie plus respectueuses de l'environnement comme l'H₂ qui est un bon vecteur énergétique comparé au pétrole. Cependant, les méthodes de production émettent 13t de CO₂ pour 1t d'H₂ produit. Plusieurs études ont déjà été réalisées utilisant les microorganismes pour la production d'H₂. C'est notamment le cas pour la fermentation sombre, utilisant des microorganismes anaérobies et l'électrolyse microbienne, utilisant des microorganismes électro-actifs pouvant oxyder acides issus de la fermentation et transférer ou récupérer les électrons vers ou en provenance du milieu extérieur. Cependant, le rendement de production des deux méthodes est faible et ne permettent pas d'atteindre la production théorique d'H₂. Les méthodes utilisées ensemble, peuvent atteindre une conversion complète de la matière organique en CO₂ et H₂. L'objectif principal de la thèse est de produire de l'H₂ en intégrant les deux méthodes dans un seul et même système et favorisant une implantation des biofilms électro-actifs spécialisés sur la cathode et l'anode. Pour cela, le feutre de graphite a été sélectionné pour l'anode et des membranes tubulaires conductrices en silicone carbone ou en silicone nickel pour la cathode. Par la suite, les membranes tubulaires ont été caractérisées électro-chimiquement, ce qui a permis de sélectionner les membranes tubulaires en silicone carbone pour leur réactivité. Enfin, un design expérimental de bioréacteur a été sélectionné parmi trois proposés puis étudier afin d'avoir la meilleur production d'H₂ en court-circuit. La population microbienne sur les électrodes a montré la préférence de certains phyla et classes à s'implanter soit sur l'anode ou soit sur la cathode.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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