

Анаэробное разложение отходов кормов для домашних животных как сырьевого источника для получения водорода из метана
https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.07.075-091
Аннотация
Потенциальным сырьем для получения водорода (основного носителя для накопления, хранения и транспортировки энергии) является метан из биогаза. Продемонстрирован подход к получению в мезофильных условиях биогаза с высоким содержанием метана (69-72%) из отходов коммерческих сухих и влажных кормов для собак и кошек. За 27-28 суток в анаэробных условиях степень биотрансформации отходов составила 60-88%. В результате минерализации обводненных органических отходов содержание аммонийного азота и фосфора в виде фосфатов составило 676-887 мг NH4 +/л и 77-160 мг РО4 3-/л, соответственно. В анаэробно обработанном стоке наблюдалось накопление сульфид-ионов до 22 мг/л. Полученные по завершению биотрансформации отходов кормов для домашних животных твердый осадок и анаэробно обработанный эффлюент (жидкая фракция) являются потенциальным органическим удобрением для нужд сельского хозяйства, а метан из биогаза – сырье для получения водорода и чистого углерода для нужд наноиндустрии.
Ключевые слова
Об авторах
С. Н. ГайдамакаРоссия
Гайдамака Сергей Николаевич, химический факультет, научный сотрудник кафедры химической энзимологии, кандидат химических наук
Researcher ID: ABB-4102-2020, Scopus Author ID: 8968522300
119991, Москва, Ленинские горы, д. 1
М. А. Гладченко
Россия
Гладченко Марина Анатольевна, химический факультет, старший научный сотрудник кафедры химической энзимологии, кандидат технических наук
Researcher ID: K-2316-2015, Scopus Author ID: 6603312528
119991, Москва, Ленинские горы, д. 1
И. В. Корнилов
Россия
Корнилов Игорь Вадимович, руководитель департамента научных исследований
115172, г. Москва, ул. Большие Каменщики, д. 6, стр. 1А, комната 24
М. Н. Рязанов
Россия
Рязанов Михаил Николаевич, советник
115172, г. Москва, ул. Большие Каменщики, д. 6, стр. 1А, комната 24
М. А. Герасимов
Россия
Герасимов Максим Александрович, директор
115172, г. Москва, ул. Большие Каменщики, д. 6, стр. 1А, комната 24
А. А. Корнилова
Россия
Корнилова Альбина Александровна, физический факультет, старший научный сотрудник кафедры физики твёрдого тела, кандидат физико-математических наук
Scopus Author ID: 7004498796
119991, Москва, Ленинские горы, д. 1
Список литературы
1. Gladchenko M. A., Gaydamaka S. N., Kornilov V. I., Chernov V. V., Kornilova A. A. Anaerobic conversion of waste of alcohol production with animal and poultry waste into methane as a substrate for hydrogen production. Int J Hydrog Energy 2024; 51(D):37-48. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.06.311.
2. Gaydamaka S., Gladchenko M., Kornilov I., Ryazanov M., Gerasimov M., Kornilova A. Nitrocellulose-containing sediment as renewable resource for hydrogen and high-pure carbon production. Int J Hydrog Energy 2024; 51(D):62-78. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.08.207.
3. Senko O., Gladchenko M., Maslova O., Efremenko E. Long-term storage and use of artificially immobilized anaerobic sludge as a powerful biocatalyst for conversion of various wastes including those containing xenobiotics to biogas. Catalysts 2019; 9(4):326. https://doi.org/10.3390/catal9040326.
4. Qian J. X., Chen T. W., Enakonda L. R., Liu D. B., Basset J. M., Zhou L. Methane decomposition to pure hydrogen and carbon nano materials: Stateof-the-art and future perspectives. Int J Hydrog Energy 2020; 45(32):15721-43. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.04.100.
5. Senko O., Gladchenko M., Maslova O., Efremenko E. Long-term storage and use of artificially immobilized anaerobic sludge as a powerful biocatalyst for conversion of various wastes including those containing xenobiotics to biogas. Catalysts 2019; 9(4):326. https://doi.org/10.3390/catal9040326.
6. Senko O., Maslova O., Gladchenko M., Gaydamaka S., Efremenko E. Biogas production from biomass of microalgae Chlorella vulgaris in the presence of benzothiophene sulfone. IOP Conf Ser: Ma-ter Sci Eng 2019; 525:012089. https://doi.org/10.1088/1757-899X/525/1/012089.
7. Maslova O., Senko O., Stepanov N., Gladchenko M., Gaydamaka S., Akopyan A., Polikarpova P., Lysenko S., Anisimov A., Efremenko E. Formation and use of anaerobic consortia for the biotransformation of sulfur-containing extracts from pre-oxidized crude oil and oil fractions. Bioresour Technol 2021; 319:124248 https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.1242480.
8. Immobilized cells: biocatalysts and processes: monograph / Ed. by Doctor of Biological Sciences, Professor E. N. Efremenko. М.: RIOR, 2018 https://doi.org/10.29039/02004-3.
9. Hołda K., Głogowski R. Selected quality properties of lipid fraction and oxidative stability of dry dog foods under typical storage conditions. J Therm Anal Calorim 2016; 126:91-6. https://doi.org/10.1007/s10973-016-5543-2.
10. Maia P. P., Pereira Bastos de Siqueira M. E. Occurrence of aflatoxins B 1, B 2, G 1 and G 2 in some Brazilian pet foods. Food Addit Contam 2002; 19(12): 1180-3. https://doi.org/10.1080/0265203021000011214.
11. Morelli G., Catellani P., Miotti Scapin R., Bastianello S., Conficoni D., Contiero B., Ricci R. Evaluation of microbial contamination and effects of storage in raw meat-based dog foods purchased online. J Anim Physiol Anim Nutr 2020;104(2):690-7. https://doi.org/10.1111/jpn.13263.
12. Leiva A., Molina A., Redondo-Solano M., Artavia G., Rojas-Bogantes L., Granados-Chinchilla F. Pet food quality assurance and safety and quality assurance survey within the Costa Rican pet food industry. Animals 2019; 9(11):980. https://doi.org/10.3390/ani9110980.
13. Frank B. Not for Human Consumption: How to Alleviate the Cruelty Plaguing the Pet Food Industry in the United States. Animal L. 2022; 28:1.
14. Efremenko, E., Senko, O., Maslova, O., Lyagin, I., Aslanli, A. and Stepanov, N. Destruction of mycotoxins in poultry waste under anaerobic conditions within methanogenesis catalyzed by artificial microbial consortia. Toxins 2023; 15:205.
15. Xu F., Li Y. Solid-state co-digestion of expired dog food and corn stover for methane production. Bioresour Technol, 2012; 118:219-226. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.04.102.
16. Patel S., Marzbali M. H., Hakeem I. G., Veluswamy G., Rathnayake N., Nahar K. et al. Production of H2 and CNM from biogas decomposition using biosolids-derived biochar and the application of the CNM-coated biochar for PFAS adsorption. Waste Manage 2023; 159,146-53. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2023.01.037.
17. Gladchenko M. A., Kovalev D. A., Kovalev A. A., Litty Y. V., Nozhevnikova A. N. Methane production by anaerobic digestion of organic waste from vegetable processing facilities. Appl Biochem Microbiol, 2017; 53:242-9. https://doi.org/10.7868/S055510991702009X.
18. Dubber D., Gray N. F. Replacement of chemical oxygen demand (COD) with total organic carbon (TOC) for monitoring wastewater treatment performance to minimize disposal of toxic analytical waste. J Environ Sci Health A Tox Hazard Subs. Environ Eng, 2010; 45:1595-600.
19. Kalyuzhnyi S., Gladchenko M., Starostina E., Shcherbakov S., Versprille A. Combined biological and physico-chemical treatment of baker’s yeast wastewater. Water Sci Technol, 2005; 52: 175e81. https://doi.org/10.2166/wst.2005.0514.
20. 20. Trukhina I., Gladchenko M. A., Kalyuzhnyi S. V. Optimizations of sulfide and organic modifications of the DEAMOX process. Appl Biochem Microbiol, 2011; 47:841-5. https://doi.org/10.1134/S0003683811090067.
21. Senko O., Maslova O., Gladchenko M., Gaydamaka S., Akopyan A., Lysenko S., Karakhanov E., Efremenko E. Prospective approach to the anaerobic bioconversion of benzoand dibenzothiophene sulfones to sulfide. Molecules, 2019; 24:1736. https://doi.org/10.3390/molecules24091736.
22. Zhang H., Sun Z., Hu Y. H. Steam reforming of methane: current states of catalyst design and process upgrading. Renew Sustain Energy Rev, 2021; 149:111330. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111330
23. Di Maria, F.; Sordi, A.; Cirulli, G.; Micale, C. Amount of energy recoverable from an existing sludge digester with the co-digestion with fruit and vegetable waste at reduced retention time. Applied energy, 2015, 150, 9-14. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.01.146.
24. Ferrer, P.; Cambra-López, M.; Cerisuelo, A.; Peñaranda, D. S.; Moset, V. The use of agricultural substrates to improve methane yield in anaerobic co-digestion with pig slurry: Effect of substrate type and inclusion level. Waste Management, 2014, 34, 196-203. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2013.10.010.
25. Marin-Batista, J.; Salazar, L.; Castro, L.; Escalante, H. Anaerobic co-digestion of vinasse and chicken manure: alternative for Colombian agrowaste management. Revista Colombiana de Biotecnología, 2016, 18, 6-12. http://dx.doi.org/10.15446/rev.colomb.biote.v18n2.53853.
26. Gusev A. L., Jabbarov T. G., Mamedov S. G., Malikov R., Hajibalaev N. M., Abdullaeva S. D., Abbasov N. M. Production of hydrogen and carbon in the petrochemical industry by cracking of hydrocarbons in the process of heat utilization in steel production. Int J Hydrogen Energy, 2023; 48:14954e63. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.12.341
27. Zhiznin S. Z., Shvets N. N., Timokhov V. M., Gusev A. L. Economics of hydrogen energy of green transition in the world and Russia. Part I. Int J Hydrogen Energy, 2023; 45:31353e66. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.03.069.
Рецензия
Для цитирования:
Гайдамака С.Н., Гладченко М.А., Корнилов И.В., Рязанов М.Н., Герасимов М.А., Корнилова А.А. Анаэробное разложение отходов кормов для домашних животных как сырьевого источника для получения водорода из метана. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2024;(7):75-91. https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.07.075-091
For citation:
Gaydamaka S.N., Gladchenko M.A., Kornilov I.V., Ryazanov M.N., Gerasimov M.A., Kornilova A.A. Anaerobic digestion of pet food waste as a raw material source for producing hydrogen from methane. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2024;(7):75-91. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.07.075-091