alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2024.11.093-100alternative-2576Research ArticleIV. ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА 12. Водородная экономика. 12-5-12-0 Новые способы получения водородаIV. HYDROGEN ECONOMY 12. Hydrogen economy. 12-5-12-0 Novel hydrogen production methodsИнтенсификация производства газообразных носителей водорода за счет применения электролизной ячейки в системе двухстадийного анаэробного сбраживанияIntensification of production of gaseous hydrogen carriers by using an electrolysis cell in a two-stage anaerobic digestion systemhttps://orcid.org/0000-0002-1983-3454КовалевА. А.KovalevA. A.

Ковалев Андрей Александрович, главный научный сотрудник лаборатории биоэнергетических технологий, доктор технических наук

109428, Москва, 1-й Институтский проезд, 5

Researcher ID: F-7045-2017,Scopus Author ID: 57205285134

Kovalev Andrey Alexandrovich, chief researcher of the laboratory ofbioenergy technologies, doctor of technical sciences

109428, Moscow, 1-y Institutskiy proezd, 5

Researcher ID: F-7045-2017,Scopus Author ID: 57205285134

kovalev_ana@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3603-3686КовалевД. А.KovalevD. A.

Ковалев Дмитрий Александрович, заведующий лабораторией биоэнергетическихтехнологий, кандидат технических наук

109428, Москва, 1-й Институтский проезд, 5

Researcher ID: K-4810-2015

Kovalev Dmitry Alexandrovich, head of the laboratory of bioenergy and supercritical technologies, candidate of technical sciences

109428, Moscow, 1-y Institutskiy proezd, 5

Researcher ID: K-4810-2015

https://orcid.org/0000-0002-4689-843XПанченкоВ. А.PanchenkoV. A.

Панченко Владимир Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры Российского университета транспорта, старший научный сотрудник лаборатории Федерального научного агроинженерного центра ВИМ

127994, Москва, ул. Образцова, д. 9

Researcher ID: P-8127-2017,Scopus Author ID: 57201922860,Web of Science Researcher ID: AAE-1758-2019

Panchenko Vladimir Anatolyevich, candidate of technical sciences, associate professor of theDepartment of the Russian University of Transport, senior researcher of the Laboratory of theFederal Scientific Agroengineering Center VIM

127994, Moscow, ul. Obraztsova, d. 9

Researcher ID: P-8127-2017,Scopus Author ID: 57201922860,Web of Science Researcher ID: AAE-1758-2019

https://orcid.org/0000-0002-3847-2260ВивеканандВивеканандVivekanandVivekanand

Vivekanand Vivekanand, Assistant Professor

302017, Раджастхан, Джайпур

Scopus Author ID: 57211114758

Vivekanand Vivekanand, Assistant Professor

302017, Rajasthan, Jaipur

Scopus Author ID: 57211114758

НидхиПарикNidhiPareek

Нидхи Парик, Assistant Professor of Microbial Catalysis and Process Engineering Laboratory, Department of Microbiology

305817, Раджастхан, Аджмер

Nidhi Pareek, Assistant Professor of Microbial Catalysis and Process Engineering Laboratory, Department of Microbiology

305817, Rajasthan, Ajmer

Шьям КумарМасакапаллиShyam KumarMasakapalli

Шьям Кумар Масакапалли, Assistant Professor

175075, Химачал-Прадеш, Манди, Каманд

Shyam Kumar Masakapalli, Assistant Professor

175075, Himachal Pradesh, Mandi, Kamand

https://orcid.org/0000-0002-5525-0459ЖуравлеваЕ. А.ZhuravlevaE. A.

Журавлева Елена Александровна, мл. науч. сотр. лаборатории микробиологии антропогенных мест обитания, канд. биол. наук

119071, Москва, Ленинский пр-т, дом 33, строение 2

Researcher ID: JBS-4297-2023,Scopus Author ID: 57216346570 

Zhuravleva Elena Alexandrovna, junior researcher Laboratory of Microbiology of Anthropogenic Habitats, postgraduate. PhD

119071, Moscow, Leninsky Prospekt, Building 33, Building 2

Researcher ID: JBS-4297-2023,Scopus Author ID: 57216346570

https://orcid.org/0000-0001-8215-2814ЛайковаА. А.LaikovaA. A.

Лайкова Александра Алексеевна, младший научный сотрудник лабораториимикробиологии антропогенных мест обитания, аспирант

119071, Москва, Ленинский пр-т, дом 33, строение 2

Researcher ID: IVU-7977-2023,Scopus Author ID: 58044317600

Laikova Alexandra Alekseevna,  junior researcher in Laboratory of Microbiology ofAnthropogenic Habitats, PhD student

119071, Moscow, Leninsky Prospekt, Building 33, Building 2

Researcher ID: IVU-7977-2023,Scopus Author ID: 58044317600

https://orcid.org/0000-0002-7458-0031ШехурдинаС. В.ShekhurdinaS. V.

Шехурдина Светлана Витальевна, младший научный сотрудник лабораториимикробиологии антропогенных мест обитания, аспирант

119071, Москва, Ленинский пр-т, дом 33, строение 2

Scopus Author ID: 57564192200

Shekhurdina Svetlana Vitalievna, junior researcher of Laboratory of Microbiology ofAnthropogenic Habitats, PhD student

119071, Moscow, Leninsky Prospekt, Building 33, Building 2

Scopus Author ID: 57564192200

https://orcid.org/0009-0006-0931-8789ИваненкоА. А.IvanenkoA. A.

Иваненко Артем Александрович, инженер лаборатории микробиологии антропогенных мест обитания, бакалавр

119071, Москва, Ленинский пр-т, дом 33, строение 2

Researcher ID: JAX-4154-2023

Ivanenko Artem Alexandrovich, engineer in Laboratory of Microbiology of Anthropogenic

119071, Moscow, Leninsky Prospekt, Building 33, Building 2 Habitats, bachelor

Researcher ID: JAX-4154-2023

https://orcid.org/0000-0002-5457-4603ЛиттиЮ. В.LittiYu. V.

Литти Юрий Владимирович, заведующий лабораторией микробиологииантропогенных мест обитания, кандидат биологических наук

119071, Москва, Ленинский пр-т, дом 33, строение 2

Researcher ID: C-4945-2014,Scopus Author ID: 55251689800

Litti Yuri Vladimirovich, Head of Laboratory of Microbiology of AnthropogenicHabitats, Candidate of Biological Sciences

119071, Moscow, Leninsky Prospekt, Building 33, Building 2

Researcher ID: C-4945-2014,Scopus Author ID: 55251689800

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»РоссияFederal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»Russian FederationРоссийский университет транспортаРоссияRussian University of TransportRussian FederationЦентр энергетики и окружающей среды, Национальный технологический институт МалавииИндияCenter for Energy and Environment, Malaviya National Institute of TechnologyIndiaШкола естественных наук, Центральный университет РаджастханаИндияSchool of Life Sciences, Central University of RajasthanIndiaЦентр BioX, Школа фундаментальных наук, Индийский технологический институтИндияBioX Center, School of Basic Sciences, Indian Institute of TechnologyIndiaИнститут микробиологии им. С. Н. Виноградского, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наукРоссияInstitute of Microbiology named after S. N. Vinogradsky, Federal Research Center «Fundamentals of Biotechnology» of the Russian Academy of SciencesRussian Federation20241403202501193100Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20252025Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2576

Накопление органических отходов, в том числе побочных продуктов животноводства и пищевых отходов, представляет собой серьезную экологическую проблему, и в то же время органические отходы являются крупным источником возобновляемой энергии. Для утилизации органических отходов в рамках проекта РНФ № 22-49-02002 (https://rscf.ru/project/22-49-02002/) была разработана экспериментальная установка длядвухстадийной анаэробной биоконверсии органических отходов для производства биоводорода на стадии темновой ферментации и биометана на стадии метаногенеза. Данное исследование направлено на оценку влияния применения микробной электролизной ячейки на интенсивность производства биометана из эффлюента реактора темновой ферментации при двухстадийном анаэробном сбраживании предобработанной в АВС модели пищевых отходов. Согласно полученным данным, применение микробной электролизной ячейки в системе двухстадийного анаэробного сбраживания предобработанной в АВС модели пищевых отходов позволяет повысить выход газообразных носителей водорода в виде биометана на 57% при разнице потенциалов на электродах МЭЯ 1,2 В. Энергетический вклад темновой ферментации в общий объемный энергетический выход составлял 58,8-66,2%. Таким образом применение микробной электролизной ячейки с разницей потенциалов 1,2 В позволяет повысить энергетический выход системы двухстадийного анаэробного сбраживания предобработанной в АВС модели пищевых отходов на 33%.

The accumulation of organic waste, including by-products of animal husbandry and food waste, is a serious environmental problem, and at the same time, organic waste is a major source of renewable energy. For the disposal of organic waste, an experimental setup for two-stage anaerobic bioconversion of organic waste was developed within the framework of the RSF project No. 22-49-02002 (https://rscf.ru/project/22-49-02002/) to produce biohydrogen at the stage of dark fermentation and biomethane at the stage of methanogenesis. This study is aimed at assessing the effect of using a microbial electrolysis cell on the intensity of biomethane production from the effluent of a dark fermentation reactor during two-stage anaerobic digestion of a food waste model pretreated in an ABC. According to the obtained data, the use of a microbial electrolysis cell in a two-stage anaerobic digestion system of a food waste model pretreated in an ABC allows to increase the yield of gaseous hydrogen carriers in the form of biomethane by 57% with a potential difference on the MEY electrodes of 1,2 V. The energy contribution of dark fermentation to the total volumetric energy yield was 58.8-66.2%. Thus, the use of a microbial electrolysis cell with a potential difference of 1,2 V allows to increase the energy yield of the two-stage anaerobic digestion system of a food waste model pretreated in an ABC by 33%.

анаэробная биоконверсиябиоводородтемновая ферментациякратность подачи субстратааппарат вихревого слояпредобработкапищевые отходыanaerobic bioconversionbiohydrogendark fermentationsubstrate feed ratevortex layer apparatuspretreatmentfood wasteИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-49-02002, https:// rscf.ru/project/22-49-02002/ReferencesKovalev А. А., Kovalev D. А., Panchenko V. A., Zhuravleva Е. А., Laikova А. А., Shekhurdina S. V., Vivekanand V., Litti Y. V. Approbation of an Innovative Method of Pretreatment of Dark Fermentation Feedstocks // International Journal of Hydrogen Energy 2022, 47 (78), 33272-33281. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.08.051.Kovalev A. A., Kovalev D. A., Panchenko V. A., Zhuravleva E. A., Laikova A. A., Shekhurdina S. V., Vivekanand V., Litti Y. V. Approbation of an Innovative Method of Pretreatment of Dark Fermentation Feedstocks / / International Journal of Hydrogen Energy 2022, 47 (78), 33272-33281. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.08.051.Sudalyandi K., Jeyakumar R. Biofuel Production Using Anaerobic Digestion (Green Energy and Technology), 1st ed. ed.; Springer, 2022.Sudalyandi K., Jeyakumar R. Biofuel Production Using Anaerobic Digestion (Green Energy and Technology), 1st ed. ed.; Springer, 2022.Wang C., Liu Y., Gao X., Chen H., Xu X., Zhu L. Role of Biochar in the Granulation of Anaerobic Sludge and Improvement of Electron Transfer Characteristics // Bioresource Technology 2018, 268, 28-35. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.07.116.Wang C., Liu Y., Gao X., Chen H., Xu X., Zhu L. Role of Biochar in the Granulation of Anaerobic Sludge and Improvement of Electron Transfer Characteristics // Bioresource Technology 2018, 268, 28-35. https:// doi.org/ https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.07.116.Ковалев А. А., Ковалев Д. А., Литти Ю. В., Катраева И. В., Ножевникова А. Н. Влияние коэффициента рециркуляции эффлюента метантенка на выход биоводорода в двухстадийном процессе анаэробной биоконверсии жидких органических отходов. // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2021; (1-3):34-46. https://doi.org/10.15518/isjaee.2021.01.003Kovalev A. A., Kovalev D. A., Litti Yu. V., Katraeva I. V., Nozhevnikova A. N. Influence of the recirculation coefficient of the methane tank effluent on the yield of biohydrogen in a two-stage process of anaerobic bioconversion of liquid organic waste. // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). – 2021; (1-3):34-46. https://doi.org/10.15518/isjaee.2021.01.003Ковалев А. А., Ковалев Д. А., Литти Ю. В., Катраева И. В. Производство биоводорода в двухстадийном процессе анаэробной биоконверсии органического вещества жидких органических отходов с рециркуляцией эффлюента метантенка // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2020; (7-18):87- 100. https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.07-18.87-100Kovalev A. A., Kovalev D. A., Litti Yu. V., Katraeva I. V. Biohydrogen production in a two-stage process of anaerobic bioconversion of organic matter of liquid organic waste with recycling of methane tank effluent // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). - 2020; (7-18): 87-100. https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.07-18.87-100Kovalev A. A., Kovalev D. A., Zhuravleva E. A., Katraeva I. V., Panchenko V. А., Fiore U., Litti Y. V. Two-Stage Anaerobic Digestion with Direct Electric Stimulation of Methanogenesis: The Effect of a Physical Barrier to Retain Biomass on the Surface of a Carbon Cloth-Based Biocathode // Renewable Energy. – 2022, 181, 966-977. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.09.097.Kovalev A. A., Kovalev D. A., Zhuravleva E. A., Katraeva I. V., Panchenko V. A., Fiore U., Litti Y. V.Two-Stage Anaerobic Digestion with Direct Electric Stimulation of Methanogenesis: The Effect of a Physical Barrier to Retain Biomass on the Surface of a Carbon Cloth-Based Biocathode // Renewable Energy. – 2022, 181, 966-977. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.09.097.Ковалев А. А. Энергетический анализ системы двухстадийной анаэробной переработки жидких органических отходов с получением водород- и метансодержащих биогазов // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2020; (25-27):95-106. https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.09.009Kovalev A. A. Energy analysis of a two-stage anaerobic digestion system for liquid organic waste to produce hydrogen- and methane-containing biogases // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). – 2020; (25-27):95-106. https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.09.009

The authors declare that there are no conflicts of interest present.