Optimizability of biogenic hydrogen production

Abstract

The biogenic hydrogen production by dark fermentative digestion of biomass shows excellent potential for solving the recent energy difficulties. To augment the efficiency of this process, the biochemical degradation needs to be understood better. The physical optimum (PhO) method was found to be particularly suitable to illustrate the maximum potential of the process. It is based on a theoretical, ideal reference state. For this purpose, the dark fermentation was modeled mathematically using Petri nets, a modeling language based on graph theory. The Petri net model was developed based on the biochemical reactions system of anaerobic digestion. All degradative steps relevant to hydrogen production were included. Then the modeled metabolic rates were analyzed to be used as a reference base in evaluating the process’s efficiency. This ideal reference state, the anaerobic digestion’s PhO, was compared with experimental data by the PhO factor. This factor summarizes the efficiency of the whole process.

Die Erzeugung von biogenem Wasserstoff durch fermentativen Abbau von Biomasse im Dunkeln birgt ein hervorragendes Potenzial zur Lösung der aktuellen Energieprobleme. Um die Effizienz dieses Prozesses zu steigern, muss der biochemische Abbau besser verstanden werden. Die Methode des physikalischen Optimums (PhO) hat sich als besonders geeignet erwiesen, um das maximale Potenzial des Prozesses aufzuzeigen. Sie geht von einem theoretischen, idealen Referenzzustand aus. Zu diesem Zweck wurde die Dunkelfermentation mit Hilfe von Petri-Netzen, einer auf der Graphentheorie basierenden Modellierungssprache, mathematisch modelliert. Das Petrinetz-Modell wurde auf der Grundlage des biochemischen Reaktionssystems der anaeroben Vergärung entwickelt. Alle für die Wasserstoffproduktion relevanten Abbauprozesse wurden einbezogen. Anschließend wurden die modellierten Stoffwechselraten analysiert, um sie als Referenzbasis für die Bewertung der Effizienz des Prozesses zu verwenden. Dieser ideale Referenzzustand, der PhO-Wert der anaeroben Vergärung, wurde anhand des PhO-Faktors mit experimentellen Daten verglichen. Dieser Faktor fasst die Effizienz des gesamten Prozesses zusammen.