โดย ปิยะวดี รักหนองแซง และ อลิศรา เรืองแสง

1. การผลิตไฮโดรเจนจากน้ำบีบของเหลือทิ้งสับปะรดโดยแบคทีเรียสังเคราะห์แสงสายพันธุ์Rhodospirillum rubrum โดย ปิยะวดี รักหนองแซง และ อลิศรา เรืองแสง

2. Why hydrogen? • เป็นแก๊สในอุดมคติ • เกิดมลภาวะน้อยกว่าการใช้ • เชื้อเพลิงจากซากดึกดำบรรพ์ • หลังการเผาไหม้เกิดไอน้ำ

3. ประโยชน์ของไฮโดรเจน • เซลล์เชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ • เซลล์เชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า • ตัวทำปฏิกิริยาในกระบวนการผลิตไฮโดรเจน • กำจัดออกซิเจนป้องกันการเกิดออกซิเดชัน • เซลล์เชื้อเพลิงจรวด • สารหล่อเย็นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

4. การผลิตไฮโดรเจน การเกิด gasification ของถ่านหิน การเกิด steam reforming ของแก๊สธรรมชาติ การใช้ไฟฟ้าผลิตไฮโดรเจนจากน้ำ กระบวนการ photoelectrolysis การแตกตัวของน้ำโดยอาศัยความร้อน การผลิตไฮโดรเจนจากกระบวนการทางชีวภาพ

5. การผลิต H2จากกระบวนการทางชีวภาพ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ผลิตได้จากทรัพยากรประเภทที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ เป็นกระบวนการที่ไม่ใช้ออกซิเจน ผลิตได้โดยจุลินทรีย์หลากหลายประเภท เช่น แบคทีเรียสังเคราะห์แสง, สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน, สาหร่ายสีเขียว และ fermentative bacteria

6. กระบวนการหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจนกระบวนการหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจน C6H12O6 CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2 C6H12O6 + 2H2O 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2 กลูโคสเปลี่ยนเป็น H2และ VFAs โดยแบคทีเรียที่ไม่ต้องการ O2 VFAsเปลี่ยนเป็น H2โดยแบคทีเรียสังเคราะห์แสง CH3COOH + 2 H2O 4H2 + 2CO2 CH3(CH2)COOH + 2 H2O 2H2 + 2CH3COOH + 2CO2

7. ทำไมต้องเป็นแบคทีเรียสังเคราะห์แสง ? • เปลี่ยนสารตั้งต้นไปเป็น H2 yield สูง • ปราศจาก O2 ซึ่งเป็นตัวยับยั้งกระบวนการหมักทางชีวภาพ • รับพลังงานจากแสงได้หลายความยาวคลื่น • ใช้สารตั้งต้นซึ่งเป็นสารอินทรีย์ประเภทของเสียและน้ำเสียร่วมกับการบำบัด

8. ทำไมต้องเป็นของเหลือทิ้งสับปะรด?ทำไมต้องเป็นของเหลือทิ้งสับปะรด? • เป็นของเหลือทิ้งประเภทแกนและเปลือกจากอุตสาหกรรมผลไม้กระป๋อง • น้ำบีบจากของเหลือทิ้งสับปะรดประกอบด้วยน้ำตาลและกรดอินทรีย์ในปริมาณสูง

9. ปัจจัยที่มีผลต่อการผลิตไฮโดรเจนปัจจัยที่มีผลต่อการผลิตไฮโดรเจน • แหล่งคาร์บอนและแหล่งไนโตรเจน • แสง • รูปแบบการให้แสง • ความเป็นกรด-ด่าง (pH) • อุณหภูมิ

10. วัตถุประสงค์ของการวิจัยวัตถุประสงค์ของการวิจัย • เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้ของเสียสับปะรดเพื่อผลิตไฮโดรเจนโดยแบคทีเรียสังเคราะห์แสง สายพันธุ์R. rubrum • -ปัจจัยที่ใช้ในการผลิตไฮโดรเจน ได้แก่ • (1) total N (3 and 11 mM) • (2) initial conc. of acetate and propionate (5, 10 and 20 mM) • (3) light patterns • continuous illumination (24 hours of light, 6000 lux) • periodic illumination (12 hours light, 12 hours dark)

11. วิธีการทดลอง 40 ml (pH 7.0) Sterile at 110 oC for 10 min • Illumination patterns • continuous illumination • periodic illumination • Acetate and propionate: • 5, 10 and 20 mM • Total N: 3 and 11 mM

12. วิธีวิเคราะห์ข้อมูล • 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.

13. ผลการวิจัย Table 1 The compositions of squeezed juice of pineapple waste

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

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

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

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

18. acetate propionate butyrate H2 accumulation glucose No. of cells H2 H2 H2 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.

19. 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.

20. สรุปผลการวิจัย • ระดับความเข้มข้นของไนโตรเจน(low 3 mM or high 11 mM) ไม่มีผลต่อการผลิตไฮโดรเจน จากน้ำบีบของเสียสับปะรดโดยแบคทีเรียสังเคราะห์แสงสายพันธุ์ R. rubrum • แหล่งไนโตรเจน (ammonium sulfate) และแหล่งคาร์บอน (acetate and propionate) ที่เติมลงไปในน้ำบีบของเสียสับปะรดไม่ได้ถูกใช้ในการผลิตไฮโดรเจนโดยแบคทีเรียสังเคราะห์แสงสายพันธุ์ R. rubrum

21. สรุปผลการวิจัย (ต่อ) • น้ำบีบของเสียสับปะรดสามารถนำมาใช้ในการผลิตไฮโดรเจนโดยแบคทีเรียสังเคราะห์แสงสายพันธุ์ R. rubrumได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องเติมแหล่งไนโตรเจนและแหล่งคาร์บอนอื่น • รูปแบบการให้แสงแบบ periodic illumination เกิดไฮโดรเจนมากกว่ารูปแบบการให้แสงแบบ continuous illumination

22. ACKNOWLEDGEMENTS รศ.ดร.อลิศรา เรืองแสง อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยขอนแก่น กองทุนส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงาน สำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน