This paper deals with an economic evaluation of hydrogen production by fermentation. We evaluate the economic feasibility of domestic hydrogen production by fermentation utilizing glucose and waste water sludge in terms of hydrogen production prices. In addition, we make some sensitivity analysis of hydrogen prices by changing the values of input factors such as the price of glucose, the capital cost of the hydrogen production system, and the hydrogen production yields. The estimated hydrogen prices of the two-step dark-light hydrogen production by fermentation utilizing glucose was $5,347won/kgH_2$, and the single-step hydrogen production by anaerobic fermentation utilizing waste water sludge was $4,255won/kgH_2$, respectively. It is expected that the hydrogen production price by anaerobic fermentation can be reduced if we produce methane or hydrogen utilizing by-products such as alcohols and organic acids, or the government imposes some legal regulations on the treatment of waste water sludge.
Because beverage waste contains a lot of sugar, it can be used as a valuable resource for energy. But beverage waste is discharged through the water treatment. To prevent the waste of the energy resource, we produced bioethanol by using beverage waste in this study. In order to produce bioethanol, we added distillers stillage and NaOH for fermentation condition (nutrients and pH adjustment). As a results, ethanol concentration was 5.92 vol%. In contrast, ethanol concentration of blank (not added nutrients) was low and fermentation rate was very slow. Because components of the distillers stillage help the yeast growth, fermentation yield and rate was improved. Finally, we operated distillation and dehydration process by using fermented mash and produced fuel bioethanol (more than 99.5 wt%). We think that this results may provide useful information with application of commercial ethanol production using beverage waste.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.15
no.3
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pp.97-105
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2007
This study was conducted to compare the performances of acidogenic fermentation and hydrogen fermentation using bench-scale leaching-bed reactors for organic solid waste. Acidogenic fermenters were operated with dilution rates (D) of 2.0, 3.0 and $4.0d^{-1}$ after employing anaerobic sludge and hydrogen fermenters were operated with D of 2.0, 4.0 and $6.0d^{-1}$ after employing heat-treated anaerobic sludge. The highest chemical oxygen demand (COD) conversion efficiency (56.2%) was obtained in acidogenic fermentation with D of $3.0d^{-1}$. Only volatile fatty acid (VFA) was produced as a metabolite. On the other hand, hydrogen fermentation did not show higher COD conversion efficiency (49.3%) than acidogenic fermentation, but it produced hydrogen gas (5.1% of total COD) which was a clean and environmentally friendly fuel with a high energy yield. Therefore, either acidogenic fermentation or hydrogen fermentation could be applied to organic solid waste depending on the purpose of treatment, which could maximize the economics of anaerobic treatment.
Kim, Ok-Sun;Son, Han-Na;Kim, Dong-Hoon;Jeon, Dong-Jin;Rhee, Young-Woo;Kim, Mi-Sun
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.22
no.3
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pp.333-339
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2011
In the present work, it was attempted to produce $H_2$ from food waste by the two-stage fermentation system. Food waste was acidified to lactate by using indigenous lactic acid bacteria under mesophilic condition, and the lactate fermentation effluent (LFE) was subsequently converted to $H_2$ by photo-fermentation. $Rhodobacter$$sphaeroides$ KD131 was used as the photo-fermenting bacteria. The optimal conditions for lactate fermentation were found to be pH of 5.5 and substrate concentration of 30 g Carbo. COD/L, under which yielded 1.6 mol lactate/mol glucose. By filtering the LFE and adding trace metal, $H_2$ production increased by more than three times compared to using raw LFE, and finally reached the $H_2$ yield of 3.6 mol $H_2$/mol lactate. Via the developed two-stage fermentation system $H_2$ yield of 5.8 mol $H_2$/mol glucose was achieved from food waste, whose value was the highest that ever recorded.
Batch cultivations were performed to evaluate the influences of the initial pH condition on mesophilic and thermophilic acidogenic fermentation with food waste recycling wastewater. In both conditions of mesophilic and thermophilic fermentation, TVFAs production rates were maximized at the initial pH 7 condition as 0.15 and 0.23 g TVFAs/L hr, respectively. And pH was also maintained stably between 6 and 7 during 72hr acidogenic cultivation at both conditions. However, predominant VFA components were different according to reaction temperature conditions. In mesophilic condition, propionic acid which has low conversion efficiency to methane was accumulated up to 1,348 mg/L while acetic and butyric acid were predominant in thermophilic condition. Therefore, thermophilic acidogenic fermentation was superior for the effective VFAs production than mesophilic condition. From the DGGE analysis, the band patterns were different according to the initial pH conditions but the correlations of the each band were increased in similar pH conditions. These results mean that microbial communities were certainly affected by the initial pH condition. Consequently, the adjustment of the initial pH to neutral region and thermophilic operation are needed to enhance acidogenic fermentation of food waste recycling wastewater.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.8
no.4
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pp.100-110
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2000
Studies were conducted to know effects of the bulking agents (saw dusts, mushroom waste, wheat bran coconut meal, rice hulls) adding o moisture control, fermentation methods (aerobic and anaerobic) and periods (1 to 20 days) of food waste fermentation for animal feeds on chemical compositions and in vitro DDM (digestibility of dry matter). Experiment designs were focussed basically to obtain extension service data. The NDF (neutral detergent fiber) composition in the oak and pine saw dust were 93.5% and 95.4% (DM basis) in respectively. Thus, the fermented food waste feeds using saw dust (50%) increased NDF(12%), and decreased in vitro DDM(48%) compared to those of raw materials before aerobic fermentation. The oak saw dust showed higher DDM compared to pine. Mushroom wastes which is a residues of mushroom culture mixed originally willow saw dust (80%) and wheat bran (20%) showed quite higher feed value compared to both saw dusts. It was found that an in vitro DDM and NDF composition in fermented feeds appeared highly dependent or the NDF composition in bulking agents. With an increase wheat bran ratio substitute mushroom waste showed linearly decreased NDF, and increased in vitro DDM in the fermented food waste feeds. The fermented feeds added bottling agents composed higher NDF resulted in higher NDF and lower in vitro DDM with prolonged fermentation time. The feeds from anaerobic fermentation appeared lower NDF and higher in vitro DDM compared to those of aerobic fermentation.
Various types of bio wood chip for fermentation-extinction of food waste was investigated by comparing their different pore structure with the performance of weight loss rate and microbial activity. The fermentation-extinction of food waste with bio wood chip was examined by adding 700~1,500g of food waste every day during 15 days to the fermentation-extinction reactor with condition of $30{\sim}50^{\circ}C$ temperature and 30~70% humidity, where 1,500g of bio wood chips were existed. The bio wood chips used in this experiment were categorized into 4 different types; microbial-mixing type(A biochip), macro pore type(B biochip) under $2{\mu}m$ of pore size, micro pore type of wood-chips(C biochip) under $0.1{\mu}m$ of pore size, viscous & sticky type(D biochip). As a result, A, B, C, D bio wood chip exhibited 85%, 63%, 92%, 73% weight loss of food waste with fermentation-extinction. The maximum weight loss of food waste was obtained at the fermentation-extinction experiments by using C bio wood chip. On the other hands, the maximum ratio of ATP to COD and TN was obtained from $3.00{\times}10^{-10}$ and $2.31{\times}10^{-11}$ in the case of C bio wood chip, comparing with other types of bio wood chip. Consequently, the performance of weight loss rate was affected with the micro pore structure of bio wood chip which have an advantage of extensive microbial activity space in the fermentation-extinction of food waste.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.16
no.2
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pp.29-37
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2008
In this work, it was investigated that various aspects of process, application situation, merits and short-coming results of the thermophilic methane fermentation with highly concentrated organic waste substances such as sewage sludges, food wastes and excretions. The merits of this methane fermentation were that it had a very fast reaction rate and was possible to proceed in high loads. It was also high in mortality for pathogenic microorganism and the digested sludge was more hygienic. However, the short-comings were that more energy was required for heating in the fermentation facility, no surplus energy could be gained from low concentration of organic waste, the fermentation treatment dropped level of water quality, thus burdens discharging process of water. Especially, the high concentration of methane fermentation could possibly lack nutritious salt and could face the disturbance by ${NH_4}^+-N$, a proper alternative was required. In general, thermophilic methane fermentation was considered as a better mean in disposing of cow excretion and food waste which were highly concentrated organic wastes. On the other hand, under the condition where the concentration of waste material was low and the high concentrate waste material became higher than 3,000 mg/L in ${NH_4}^+-N$, thermophilic methane fermentation resulted less desirable outcome.
Sunwoo, In Yung;Nguyen, Trung Hau;Sukwong, Pailin;Jeong, Gwi-Teak;Kim, Sung-Koo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.28
no.3
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pp.401-408
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2018
The waste seaweed from Gwangalli beach, Busan, Korea was utilized as biomass for ethanol production. Sagassum fulvellum (brown seaweed, Mojaban in Korean name) comprised 72% of the biomass. The optimal hyper thermal acid hydrolysis conditions were obtained as 8% slurry contents, 138 mM sulfuric acid, and $160^{\circ}C$ of treatment temperature for 10 min with a low content of inhibitory compounds. To obtain more monosaccharides, enzymatic saccharification was carried out with Viscozyme L for 48 h. After pretreatment, 34 g/l of monosaccharides were obtained. Pichia stipitis and Pichia angophorae were selected as optimal co-fermentation yeasts to convert all of the monosaccharides in the hydrolysate to ethanol. Co-fermentation was carried out with various inoculum ratios of P. stipitis and P. angophorae. The maximum ethanol concentration of 16.0 g/l was produced using P. stipitis and P. angophorae in a 3:1 inoculum ratio, with an ethanol yield of 0.47 in 72 h. Ethanol fermentation using yeast co-culture may offer an efficient disposal method for waste seaweed while enhancing the utilization of monosaccharides and production of ethanol.
Bacterial cellulose (BC) was produced by Gluconacetobacter hansenii PJK (KCTC 10505 BP) strains using the waste of beer fermentation broth. It contained more C and N than a basal medium with a small amount of S and more than 4% ethanol. The amount of BC produced in a shaking culture using the waste of beer fermentation broth was nearly the same as that of a basal medium. The production of BC decreased in a shear stress field in a jar fermenter although the conversion of cellulose producing ($Cel^+$) cells to non-cellulose producing ($Cel^-$) mutants was not severe. This study showed that the waste of beer fermentation broth is an inexpensive carbon, nitrogen source with ethanol and thus a worthy substitute for the conventional medium for BC production.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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