Fermentação escura é a conversão fermentativa de substrato orgânico a bio-hidrogênio. É um processo complexo, manifestado por diversos grupos de bactérias, que envolve uma série de reações bioquímicas em três etapas, semelhante à conversão anaeróbica. A fermentação escura difere da fotofermentação por ocorrer na ausência de luz.
Visão geral
Microorganismos fermentativos/hidrolíticos hidrolisam polímeros orgânicos complexos em monômeros, que são posteriormente convertidos em uma mistura de ácidos orgânicos e álcoois de menor peso molecular por bactérias acidogênicas produtoras obrigatórias.<ref>Young Joon Sung, Byung Sun Yu, Ha Eun Yang, Dong Hoon Kim, Ju Yeon Lee, Sang Jun Sim. Microalgae-derived hydrogen production towards low carbon emissions via large-scale outdoor systems, Bioresource Technology, Volume 364, 2022, 128134, ISSN 0960-8524, DOI: 10.1016/j.biortech.2022.128134<ref>
A utilização de águas residuais como substrato potencial para a produção de biohidrogênio tem despertado considerável interesse nos últimos anos, especialmente no processo de fermentação escura. As águas residuais industriais como substrato fermentativo para a produção de H2 atendem à maioria dos critérios exigidos para a seleção do substrato, a saber, disponibilidade, custo e biodegradabilidade. Águas residuais químicas (Venkata Mohan, et al., 2007a,b), águas residuais de gado (Tang, et al., 2008), águas residuais do processamento de laticínios (Venkata Mohan, et al. 2007c, Rai et al. 2012), águas residuais de hidrolisado de amido (Chen, et al., 2008) e águas residuais sintéticas projetadas (Venkata Mohan, et al., 2007a, 2008b) foram relatados como produtores de biohidrogênio além de tratamento de águas residuais a partir de processos de fermentação escura usando misturas seletivamente enriquecidas de culturas em condições acidófilas. Diversos tipos de águas residuais, como por exemplo, águas residuais de fábricas de papel (Idania, et al., 2005), efluente de amido (Zhang, et al., 2003), águas residuais do processamento de alimentos (Shin et al., 2004, van Ginkel, et al., 2005), Águas residuais domésticas (Shin, et al., 2004, 2008e), águas residuais de vinícolas de arroz (Yu et al., 2002), águas residuais de destilaria e melaço (Ren, et al., 2007, Venkata Mohan, et al., 2008a), resíduos de palha de trigo (Fan, et al., 2006) e águas residuais de sina de óleo de palma|usinas de óleo de palma (Vijayaraghavan and Ahmed, 2006) tem sido estudados como substratos fermentáveis para a produção de H2 juntamente com o tratamento de águas residuais. A utilização de águas residuais como substrato fermentável facilita o tratamento de águas residuais, além da produção de H2. A eficiência da fermentação escura nos processos de produção de H2 tem sido verificada como dependente dos consórcios mistos utilizados como biocatalisador, pH de operação e taxa de carga orgânica, além das características das águas residuais (Venkata Mohan, et al., 2007d, 2008c, d, Vijaya Bhaskar, et al., 2008d).
Apesar das suas vantagens, o principal desafio observado com os processos de produção fermentativa de H2 é a relativamente baixa eficiência de conversão de energia da fonte orgânica. Os rendimentos típicos de H2 variam de 1 a 2 mol de H2/mol de glicose, o que resulta em 80-90% da DQO inicial permanecem nas águas residuais sob a forma de vários ácidos orgânicos voláteis (AGVs) e solventes, tais como ácido acético, ácido propiônico, ácido butírico e etanol. Mesmo em condições ideais, 60-70% da matéria orgânica original permanece em solução. Também tem sido relatado o bioaumento com consórcios acidogênicos seletivamente enriquecidos para aumentar a produção de H2 (Venkata Mohan, et al., 2007b). A geração e o acúmulo de metabólitos ácidos solúveis causam uma queda acentuada no pH do sistema e inibe o processo de produção de H2. O uso de fontes de carbono não utilizadas em processos acidogênicos para produção adicional de biogás sustenta a aplicabilidade prática do processo. Uma maneira de utilizar/recuperar a matéria orgânica restante de forma utilizável é produzir H2 adicional por integração terminal de processos fotofermentativos de produção de H2 (Venkata Mohan, et al. 2008e, Rai et al. 2012) e metano pela integração de processos acidogênicos a processos metanogênicos terminais.Lim X. Turning Organic Waste into Hydrogen. ACS Cent Sci. 2019 Feb 27;5(2):203-205. doi: 10.1021/acscentsci.9b00132. Epub 2019 Feb 20. PMID: 30834307; PMCID: PMC6396193.Patel, Sanjay & Das, Devashish & Kim, Sun & Cho, Byung Kwan & Kalia, Vipin & Lee, Jung-Kul. (2021). Integrating strategies for sustainable conversion of waste biomass into dark-fermentative hydrogen and value-added products. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 150. 111491. 10.1016/j.rser.2021.111491.
Ver também Biogás Bio-hidrogênio Produção biológica de hidrogênio por algas Biomassa Eletro-hidrogênese Fermentação Célula de combustível microbiana
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