โดย ปิยะวดี รักหนองแซง และ อลิศรา เรืองแสง

การผลิ�ตไฮโดรเจนจากน��าบี�บีของการผลิ�ตไฮโดรเจนจากน��าบี�บีของเหลิ�อทิ้��งสั�บีปะรดโดยแบีคทิ้�เร�ยเหลิ�อทิ้��งสั�บีปะรดโดยแบีคทิ้�เร�ย

สั�งเคราะห แสังสัายพั�นธุ์# สั�งเคราะห แสังสัายพั�นธุ์# Rhodospirillum rubrumRhodospirillum rubrum

โดยป$ยะวด� ร�กหนองแซง แลิะ อลิ�ศรา

เร�องแสัง

Why hydrogen?Why hydrogen?

เป)นแก*สัในอ#ดมคต�เป)นแก*สัในอ#ดมคต� เก�ดมลิภาวะน.อยกว/าเก�ดมลิภาวะน.อยกว/า

การใช้.การใช้. เช้��อเพัลิ�งจากเช้��อเพัลิ�งจากซากด1กด�าบีรรพั ซากด1กด�าบีรรพั

หลิ�งการเผาไหม.เก�ดหลิ�งการเผาไหม.เก�ดไอน��าไอน��า

ประโยช้น ของประโยช้น ของไฮโดรเจนไฮโดรเจน

เซลิลิ เช้��อเพัลิ�งในเคร�2องยนต เซลิลิ เช้��อเพัลิ�งในการผลิ�ตกระแสั

ไฟฟ4า ต�วทิ้�าปฏิ�ก�ร�ยาในกระบีวนการ

ผลิ�ตไฮโดรเจน ก�าจ�ดออกซ�เจนป4องก�นการเก�ด

ออกซ�เดช้�น เซลิลิ เช้��อเพัลิ�งจรวด สัารหลิ/อเย6นในเคร�2องก�าเน�ด

ไฟฟ4า

การผลิ�ตไฮโดรเจนการผลิ�ตไฮโดรเจน การเก�ด การเก�ด gasification gasification ของของ

ถ่/านห�นถ่/านห�น การเก�ด การเก�ด steam reforming steam reforming

ของแก*สัธุ์รรมช้าต�ของแก*สัธุ์รรมช้าต� การใช้.ไฟฟ4าผลิ�ตไฮโดรเจนจากน��าการใช้.ไฟฟ4าผลิ�ตไฮโดรเจนจากน��า กระบีวนการ กระบีวนการ

photoelectrolysisphotoelectrolysis การแตกต�วของน��าโดยอาศ�ยความการแตกต�วของน��าโดยอาศ�ยความ

ร.อนร.อน การผลิ�ตไฮโดรเจนจากกระบีวนการการผลิ�ตไฮโดรเจนจากกระบีวนการ

ทิ้างช้�วภาพัทิ้างช้�วภาพั

การผลิ�ต การผลิ�ต HH22 จากกระบีวนการจากกระบีวนการทิ้างช้�วภาพัทิ้างช้�วภาพั

เป็�นมิ�ตรกั�บสิ่��งแวดล้�อมิ

ผล้�ตได�จากัทร�พยากัรป็ระเภทท��น ากัล้�บมิาใช้�ใหมิ$ได�

เป็�นกัระบวนกัารท��ไมิ$ใช้�ออกัซิ�เจน ผล้�ตได�โดยจ'ล้�นทร�ย(หล้ากัหล้าย

ป็ระเภท เช้$น แบคท�เร�ยสิ่�งเคราะห(แสิ่ง ,สิ่าหร$ายสิ่�เขี�ยวแกัมิน +าเง�น , สิ่าหร$ายสิ่�เขี�ยว แล้ะ fermentative bacteria

กระบีวนการหม�กแบีบีไม/ใช้.กระบีวนการหม�กแบีบีไม/ใช้.ออกซ�เจนออกซ�เจน

กลิ8โคสัเปลิ�2ยนเป)น H2 แลิะ VFAs โดยแบีคทิ้�เร�ยทิ้�2ไม/ต.องการ O2

C6H12O6 CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2

C6H12O6 + 2H2O 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2

VFAs เปลิ�2ยนเป)น H2 โดยแบีคทิ้�เร�ยสั�งเคราะห แสัง

CH3COOH + 2 H2O 4H2 + 2CO2

CH3(CH2)COOH + 2 H2O 2H2 + 2CH3COOH + 2CO2

ทิ้�าไมต.องเป)นแบีคทิ้�เร�ยสั�งเคราะห ทิ้�าไมต.องเป)นแบีคทิ้�เร�ยสั�งเคราะห แสัง แสัง ??

เปลิ�2ยนสัารต��งต.นไปเป)น เปลิ�2ยนสัารต��งต.นไปเป)น HH22

yield yield สั8งสั8งปราศจาก ปราศจาก OO2 2 ซ12งเป)นต�วย�บีย��งซ12งเป)นต�วย�บีย��ง

กระบีวนการหม�กทิ้างช้�วภาพักระบีวนการหม�กทิ้างช้�วภาพัร�บีพัลิ�งงานจากแสังได.หลิายร�บีพัลิ�งงานจากแสังได.หลิาย

ความยาวคลิ�2นความยาวคลิ�2นใช้.สัารต��งต.นซ12งเป)นสัารอ�นทิ้ร�ย ใช้.สัารต��งต.นซ12งเป)นสัารอ�นทิ้ร�ย

ประเภทิ้ของเสั�ยแลิะน��าเสั�ยร/วมก�บีประเภทิ้ของเสั�ยแลิะน��าเสั�ยร/วมก�บีการบี�าบี�ดการบี�าบี�ด

ทิ้�าไมต.องเป)นของเหลิ�อทิ้��งทิ้�าไมต.องเป)นของเหลิ�อทิ้��งสั�บีปะรดสั�บีปะรด??

เป)นของเหลิ�อทิ้��งประเภทิ้แกนแลิะเปลิ�อกจากอ#ตสัาหกรรมผลิไม.กระป9อง

น��าบี�บีจากของเหลิ�อทิ้��งสั�บีปะรดประกอบีด.วยน��าตาลิแลิะกรดอ�นทิ้ร�ย ในปร�มาณสั8ง

แหลิ/งคาร บีอนแลิะแหลิ/งแหลิ/งคาร บีอนแลิะแหลิ/งไนโตรเจนไนโตรเจน แสังแสัง ร8ปแบีบีการให.แสังร8ปแบีบีการให.แสัง ความเป)นกรดความเป)นกรด-- ด/าง ด/าง ((pH)pH)

อ#ณหภ8ม�อ#ณหภ8ม�

ป<จจ�ยทิ้�2ม�ผลิต/อการผลิ�ตไฮโดรเจน

ป<จจ�ยทิ้�2ม�ผลิต/อการผลิ�ตไฮโดรเจน

ว�ตถ่#ประสังค ของการว�ตถ่#ประสังค ของการว�จ�ยว�จ�ย

เพั�2อศ1กษาความเป)นไปได.ในการใช้.ของเสั�ยเพั�2อศ1กษาความเป)นไปได.ในการใช้.ของเสั�ยสั�บีปะรดเพั�2อผลิ�ตไฮโดรเจนโดยแบีคทิ้�เร�ยสั�บีปะรดเพั�2อผลิ�ตไฮโดรเจนโดยแบีคทิ้�เร�ยสั�งเคราะห แสัง สัายพั�นธุ์# สั�งเคราะห แสัง สัายพั�นธุ์# R. rubrumR. rubrum

-- ป<จจ�ยทิ้�2ใช้.ในการผลิ�ตไฮโดรเจน ป<จจ�ยทิ้�2ใช้.ในการผลิ�ตไฮโดรเจน ได.แก/ได.แก/ (1) total N (3 and 11 mM)(1) total N (3 and 11 mM)

(2) initial conc. of acetate and (2) initial conc. of acetate and

propionate (5, 10 and 20 mM)propionate (5, 10 and 20 mM)

(3) light patterns(3) light patterns

continuous illumination (24 continuous illumination (24

hours of light, 6000 lux)hours of light, 6000 lux)

periodic illumination (12 hours periodic illumination (12 hours

light, 12 hours dark)light, 12 hours dark)

40 ml (pH 7.0)

ว�ธุ์�การทิ้ดลิองว�ธุ์�การทิ้ดลิอง

Sterile at 110 oC for 10 min

• Acetate and propionate:

5, 10 and 20 mM• Total N: 3 and 11 mM

Illumination patterns•continuous illumination•periodic illumination

ว�ธุ์�ว�เคราะห ข.อม8ลิว�ธุ์�ว�เคราะห ข.อม8ลิ VFAs (acetate, propionate,

butyrate) by GC-FID

Gas compositions (H2, CH4, CO2) by

GC-TCD

Glucose concentration by Somogi-

Nelson method

COD by closed reflux titrimetric

method

The total volume of biogas by

water displacement in a burette

Calculate the volume of H2 by using

the mass balance eq.

The cumulative H2 analyzed by the

modified Gompertz eq.

ผลิการว�จ�ยผลิการว�จ�ยTable 1 The compositions of squeezed juice of pineapple waste

Compositions Values

Glucose (mg/l)

COD (mg/l)

Acetate (mM)

Propionate

(mM)

Butyrate (mM)

Lactate (mM)

63,600

34,000

528.

192.

533.

2245

Table 2 Kinetic parameters for hydrogen production from squeezed juice of pineapple waste added with various initial acetate concentration at continuous light illumination

Total N

conc.(mM)

Initial HAc

conc.(mM)

(h)

Rm

(ml/h)

P

(ml)

Ps

(ml H2/g

COD)

H2 yield

(ml H2/g

glucose)

3

11

5

10

20

5

10

20

0.25

0.42

0.80

0.70

2.20

0.90

4.29

4.2

3.78

4.7

6.65

5.31

121

177

149

218

211

278

89

130.25

109.5

160.25

155.25

204.5

44.25

64.75

54.5

79.75

77.25

101.75

Table 3 Kinetic parameters for hydrogen production from squeezed juice of pineapple waste added with various initial acetate concentration at periodic light illumination

Total N

conc.(mM)

Initial HAcconc.(mM)

(h)

Rm

(ml/h)

P

(ml)

Ps

(ml H2/g

COD)

H2 yield

(ml H2/g

glucose)

3

11

51020

51020

3.500.700.65

0.200.710.39

11.0010.509.50

7.877.177.18

271309302

337287303

184.75227.25

222

247.75211

222.75

98.25112

109.25

122104

109.75

Table 4 Kinetic parameters for hydrogen production from squeezed juice of pineapple waste added with various initial propionate concentration at continuous light illumination

Total N

conc.(mM)

Initial HPr

conc.(mM)

(h)

Rm

(ml/h)

P

(ml)

Ps

(ml H2/g

COD)

H2 yield

(ml H2/g

glucose)

3

11

51020

51020

2.500.830.10

7.300.103.80

3.905.012.65

4.203.204.20

181225125

111194125

133165.5

92

81.5142.25

92

66.2582.5

45.75

40.7571

45.75

Table 5 Kinetic parameters for hydrogen production from squeezed juice of pineapple waste added with various initial propionate concentration at periodic light

illumination

Total N

conc.(mM)

Initial HPr

conc.(mM)

(h)

Rm

(ml/h)

P

(ml)

Ps

(ml H2/g

COD)

H2 yield

(ml H2/g

glucose)

3

11

51020

51020

0.530.200.05

4.000.502.00

7.307.406.70

10.427.308.11

305279303

217252322

224.25205.25222.75

159.5185.25236.75

110.5101

109.75

78.591.25116.2

Figure 1 Effect of low level of total nitrogen (3 mM) and initial concentrations of

propionate on hydrogen production by R. rubrum under periodic

illumination.

acetate propionate butyrate H2 accumulation

glucose No. of cells

H2 H2

H2

Figure 2 Effect of high level of total nitrogen (11 mM) and initial concentrations

of propionate on hydrogen production by R. rubrum under periodic

illumination.

acetate propionate butyrate H2 accumulation

glucose No. of cells

H2H2

H2

สัร#ปผลิการว�จ�ย ระด�บีความเข.มข.นของไนโตรเจนระด�บีความเข.มข.นของไนโตรเจน(low 3 (low 3

mM or high 11 mM) mM or high 11 mM) ไม/ม�ผลิต/อการไม/ม�ผลิต/อการผลิ�ตไฮโดรเจน จากน��าบี�บีของเสั�ยสั�บีปะรดผลิ�ตไฮโดรเจน จากน��าบี�บีของเสั�ยสั�บีปะรดโดยแบีคทิ้�เร�ยสั�งเคราะห แสังสัายพั�นธุ์# โดยแบีคทิ้�เร�ยสั�งเคราะห แสังสัายพั�นธุ์# R. R.

rubrumrubrum แหลิ/งไนโตรเจน แหลิ/งไนโตรเจน (ammonium (ammonium

sulfate)sulfate) แลิะแหลิ/งคาร บีอนแลิะแหลิ/งคาร บีอน (acetate (acetate

and propionate) and propionate) ทิ้�2เต�มลิงไปในน��าบี�บีทิ้�2เต�มลิงไปในน��าบี�บีของเสั�ยสั�บีปะรดไม/ได.ถ่8กใช้.ในการผลิ�ตของเสั�ยสั�บีปะรดไม/ได.ถ่8กใช้.ในการผลิ�ตไฮโดรเจนโดยแบีคทิ้�เร�ยสั�งเคราะห แสังสัายไฮโดรเจนโดยแบีคทิ้�เร�ยสั�งเคราะห แสังสัายพั�นธุ์# พั�นธุ์# R. rubrumR. rubrum

น��าบี�บีของเสั�ยสั�บีปะรดสัามารถ่น�ามาใช้.ในการผลิ�ตน��าบี�บีของเสั�ยสั�บีปะรดสัามารถ่น�ามาใช้.ในการผลิ�ตไฮโดรเจนโดยแบีคทิ้�เร�ยสั�งเคราะห แสังสัายพั�นธุ์# ไฮโดรเจนโดยแบีคทิ้�เร�ยสั�งเคราะห แสังสัายพั�นธุ์# R. rubrumR. rubrum ได.อย/างม�ประสั�ทิ้ธุ์�ภาพัโดยได.อย/างม�ประสั�ทิ้ธุ์�ภาพัโดยไม/ต.องเต�มแหลิ/งไนโตรเจนแลิะแหลิ/งคาร บีอนอ�2นไม/ต.องเต�มแหลิ/งไนโตรเจนแลิะแหลิ/งคาร บีอนอ�2น

สัร#ปผลิการว�จ�ย (ต/อ)

ร8ปแบีบีการให.แสังแบีบี ร8ปแบีบีการให.แสังแบีบี periodic periodic illuminationillumination เก�ดไฮโดรเจนมากกว/าร8ปเก�ดไฮโดรเจนมากกว/าร8ปแบีบีการให.แสังแบีบี แบีบีการให.แสังแบีบี continuous continuous illuminationillumination

ACKNOWLEDGEMENTSACKNOWLEDGEMENTS

รศ.ดร.อลิ�ศรา เร�องแสัง อาจารย ทิ้�2ปร1กษาว�ทิ้ยาน�พันธุ์

บี�ณฑิ�ตว�ทิ้ยาลิ�ย มหาว�ทิ้ยาลิ�ยขอนแก/น

กองทิ้#นสั/งเสัร�มการอน#ร�กษ พัลิ�งงาน สั�าน�กงานนโยบีายแลิะแผนพัลิ�งงาน

รศ.ดร.อลิ�ศรา เร�องแสัง อาจารย ทิ้�2ปร1กษาว�ทิ้ยาน�พันธุ์

บี�ณฑิ�ตว�ทิ้ยาลิ�ย มหาว�ทิ้ยาลิ�ยขอนแก/น

กองทิ้#นสั/งเสัร�มการอน#ร�กษ พัลิ�งงาน สั�าน�กงานนโยบีายแลิะแผนพัลิ�งงาน