Optimization of process parameters for enhanced methane production from banana peduncle by thermal pretreatment

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftArtikelForschungPeer-Review

Autoren

  • Pious Michealammal Benish Rose
  • Velusamy Mozhiarasi
  • V. Nagabalji
  • Dirk Weichgrebe
  • Shanmugham Venkatachalam Srinivasan

Externe Organisationen

  • Academy of Scientific and Innovative Research (AcSIR)
  • Central Leather Research Institute
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Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)15251-15265
Seitenumfang15
FachzeitschriftBIOMASS CONVERSION AND BIOREFINERY
Jahrgang13
Ausgabenummer16
Frühes Online-Datum15 Juni 2022
PublikationsstatusVeröffentlicht - Nov. 2023

Abstract

Die anaerobe Vergärung von lignozellulosehaltiger Biomasse, wie z. B. landwirtschaftlichen Rückständen, hat aufgrund ihres reichlichen Vorkommens in ländlichen Gebieten an Interesse gewonnen. Die anaerobe Vergärung solcher Biomasse erfordert jedoch eine Vorbehandlung, um ihre Verdaulichkeit zu erhöhen. Die Auswirkung von thermischen, alkalischen und Extrusionsvorbehandlungen auf das Biomethanpotenzial (BMP) des lignozellulosereichen Bananenstiels wurde mit einem automatisierten Methanpotenzialprüfsystem (AMPTS II) untersucht. Der rohe Bananenstiel wurde charakterisiert, und es wurde festgestellt, dass der Zellulose-, Hemizellulose- und Ligningehalt 53,44, 19,83 bzw. 14,25% betrug. Die BMP des geschredderten Bananenstiels wurde mit einem AMPTS geschätzt und betrug 184,32 mLN/g zugesetzter flüchtiger Feststoffe (VS). Zur weiteren Steigerung der Methanausbeute wurde der Bananenstiel einer Bioextrusions-, Alkali- und thermischen Vorbehandlung unterzogen. Der thermisch vorbehandelte Bananenstiel wies eine maximale BMP von 377,60 mLN/g VS auf, verglichen mit der BMP des alkalischen und des extrudierten Bananenstiels (298,9 bzw. 248,02 mLN/g VS). Rasterelektronenmikroskopische Bilder (SEM) zeigten die dekonstruierte Zellulosestruktur aller vorbehandelten Proben. Da die thermische Vorbehandlung wirksam war, wurde eine weitere Optimierung der Vorbehandlungsparameter mit Hilfe der Response Surface Methodology (RSM) durchgeführt, wobei Temperatur und Zeit als unabhängige Variablen und BMP als Reaktion dienten. Basierend auf den Experimenten ergab die thermische Vorbehandlung von Bananenstängeln bei 120 °C für 35 Minuten den maximalen BMP von 532 mLN/g zugegebenem VS. Zur Untersuchung der Kinetik des Methanpotenzials wurden kinetische Modelle erster Ordnung, modifizierte Gompertz-Modelle und logistische Modelle verwendet. Das modifizierte Gompertz-Modell erwies sich als das am besten geeignete Modell für die Modellierung der Methanproduktionskinetik.

Schlagwörter

    Anaerobe Vergärung, Thermische Vorbehandlung, Optimierung, Biomethan Potential, Bananen Abfälle

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Ziele für nachhaltige Entwicklung

Zitieren

Optimization of process parameters for enhanced methane production from banana peduncle by thermal pretreatment. / Benish Rose, Pious Michealammal; Mozhiarasi, Velusamy; Nagabalji, V. et al.
in: BIOMASS CONVERSION AND BIOREFINERY, Jahrgang 13, Nr. 16, 11.2023, S. 15251-15265.

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftArtikelForschungPeer-Review

Benish Rose, PM, Mozhiarasi, V, Nagabalji, V, Weichgrebe, D & Srinivasan, SV 2023, 'Optimization of process parameters for enhanced methane production from banana peduncle by thermal pretreatment', BIOMASS CONVERSION AND BIOREFINERY, Jg. 13, Nr. 16, S. 15251-15265. https://doi.org/10.1007/s13399-022-02917-z, https://doi.org/10.1007/s13399-023-05132-6
Benish Rose, P. M., Mozhiarasi, V., Nagabalji, V., Weichgrebe, D., & Srinivasan, S. V. (2023). Optimization of process parameters for enhanced methane production from banana peduncle by thermal pretreatment. BIOMASS CONVERSION AND BIOREFINERY, 13(16), 15251-15265. https://doi.org/10.1007/s13399-022-02917-z, https://doi.org/10.1007/s13399-023-05132-6
Benish Rose PM, Mozhiarasi V, Nagabalji V, Weichgrebe D, Srinivasan SV. Optimization of process parameters for enhanced methane production from banana peduncle by thermal pretreatment. BIOMASS CONVERSION AND BIOREFINERY. 2023 Nov;13(16):15251-15265. Epub 2022 Jun 15. doi: 10.1007/s13399-022-02917-z, 10.1007/s13399-023-05132-6
Benish Rose, Pious Michealammal ; Mozhiarasi, Velusamy ; Nagabalji, V. et al. / Optimization of process parameters for enhanced methane production from banana peduncle by thermal pretreatment. in: BIOMASS CONVERSION AND BIOREFINERY. 2023 ; Jahrgang 13, Nr. 16. S. 15251-15265.
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T1 - Optimization of process parameters for enhanced methane production from banana peduncle by thermal pretreatment

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N1 - Publisher Copyright: © 2022, The Author(s), under exclusive licence to Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature.

PY - 2023/11

Y1 - 2023/11

N2 - Die anaerobe Vergärung von lignozellulosehaltiger Biomasse, wie z. B. landwirtschaftlichen Rückständen, hat aufgrund ihres reichlichen Vorkommens in ländlichen Gebieten an Interesse gewonnen. Die anaerobe Vergärung solcher Biomasse erfordert jedoch eine Vorbehandlung, um ihre Verdaulichkeit zu erhöhen. Die Auswirkung von thermischen, alkalischen und Extrusionsvorbehandlungen auf das Biomethanpotenzial (BMP) des lignozellulosereichen Bananenstiels wurde mit einem automatisierten Methanpotenzialprüfsystem (AMPTS II) untersucht. Der rohe Bananenstiel wurde charakterisiert, und es wurde festgestellt, dass der Zellulose-, Hemizellulose- und Ligningehalt 53,44, 19,83 bzw. 14,25% betrug. Die BMP des geschredderten Bananenstiels wurde mit einem AMPTS geschätzt und betrug 184,32 mLN/g zugesetzter flüchtiger Feststoffe (VS). Zur weiteren Steigerung der Methanausbeute wurde der Bananenstiel einer Bioextrusions-, Alkali- und thermischen Vorbehandlung unterzogen. Der thermisch vorbehandelte Bananenstiel wies eine maximale BMP von 377,60 mLN/g VS auf, verglichen mit der BMP des alkalischen und des extrudierten Bananenstiels (298,9 bzw. 248,02 mLN/g VS). Rasterelektronenmikroskopische Bilder (SEM) zeigten die dekonstruierte Zellulosestruktur aller vorbehandelten Proben. Da die thermische Vorbehandlung wirksam war, wurde eine weitere Optimierung der Vorbehandlungsparameter mit Hilfe der Response Surface Methodology (RSM) durchgeführt, wobei Temperatur und Zeit als unabhängige Variablen und BMP als Reaktion dienten. Basierend auf den Experimenten ergab die thermische Vorbehandlung von Bananenstängeln bei 120 °C für 35 Minuten den maximalen BMP von 532 mLN/g zugegebenem VS. Zur Untersuchung der Kinetik des Methanpotenzials wurden kinetische Modelle erster Ordnung, modifizierte Gompertz-Modelle und logistische Modelle verwendet. Das modifizierte Gompertz-Modell erwies sich als das am besten geeignete Modell für die Modellierung der Methanproduktionskinetik.

AB - Die anaerobe Vergärung von lignozellulosehaltiger Biomasse, wie z. B. landwirtschaftlichen Rückständen, hat aufgrund ihres reichlichen Vorkommens in ländlichen Gebieten an Interesse gewonnen. Die anaerobe Vergärung solcher Biomasse erfordert jedoch eine Vorbehandlung, um ihre Verdaulichkeit zu erhöhen. Die Auswirkung von thermischen, alkalischen und Extrusionsvorbehandlungen auf das Biomethanpotenzial (BMP) des lignozellulosereichen Bananenstiels wurde mit einem automatisierten Methanpotenzialprüfsystem (AMPTS II) untersucht. Der rohe Bananenstiel wurde charakterisiert, und es wurde festgestellt, dass der Zellulose-, Hemizellulose- und Ligningehalt 53,44, 19,83 bzw. 14,25% betrug. Die BMP des geschredderten Bananenstiels wurde mit einem AMPTS geschätzt und betrug 184,32 mLN/g zugesetzter flüchtiger Feststoffe (VS). Zur weiteren Steigerung der Methanausbeute wurde der Bananenstiel einer Bioextrusions-, Alkali- und thermischen Vorbehandlung unterzogen. Der thermisch vorbehandelte Bananenstiel wies eine maximale BMP von 377,60 mLN/g VS auf, verglichen mit der BMP des alkalischen und des extrudierten Bananenstiels (298,9 bzw. 248,02 mLN/g VS). Rasterelektronenmikroskopische Bilder (SEM) zeigten die dekonstruierte Zellulosestruktur aller vorbehandelten Proben. Da die thermische Vorbehandlung wirksam war, wurde eine weitere Optimierung der Vorbehandlungsparameter mit Hilfe der Response Surface Methodology (RSM) durchgeführt, wobei Temperatur und Zeit als unabhängige Variablen und BMP als Reaktion dienten. Basierend auf den Experimenten ergab die thermische Vorbehandlung von Bananenstängeln bei 120 °C für 35 Minuten den maximalen BMP von 532 mLN/g zugegebenem VS. Zur Untersuchung der Kinetik des Methanpotenzials wurden kinetische Modelle erster Ordnung, modifizierte Gompertz-Modelle und logistische Modelle verwendet. Das modifizierte Gompertz-Modell erwies sich als das am besten geeignete Modell für die Modellierung der Methanproduktionskinetik.

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M3 - Article

AN - SCOPUS:85132129054

VL - 13

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JO - BIOMASS CONVERSION AND BIOREFINERY

JF - BIOMASS CONVERSION AND BIOREFINERY

SN - 2190-6815

IS - 16

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