Modelling anaerobic mixed culture fermentations

Resumen

Esta Tesis contribuye al modelado de fermentaciones anaerobias en cultivo mixto (FCM) con el fin de desarrollar y mejorar tecnologías para fines diversos, entre los que se encuentran la producción de sustancias con valor de mercado o portadoras de energía o procesos de tratamiento de residuos. En el capítulo 1 se presentan fundamentos de las fermentaciones anaerobias y se describen las biorreacciones más comunes, con una especial atención a la energética y temodinámica de las mismas. Se presentan también algunos fundamentos teóricos de modelado matemático. Se presenta una breve historia del modelado de los procesos de digestión anaerobia, donde se observa como la mayoría de los trabajos realizados hasta la fecha se han centrado fundamentalmente en aplicaciones orientadas al tratamiento de aguas residuales o de residuos sólidos y no en la obtención de productos de valor. Existe un interés emergente en los procesos anaerobios de fermentación con el objetivo de obtener productos con valor de mercado en el que se tenga en cuenta la mecanística de los fenómenos que rigen estos proceso, para controlar la formación de productos. En el capítulo 2 de la Tesis se presenta un nuevo y prometedor enfoque para abordar el modelado de procesos de FCM, basado en realidades mecanísticas y en particular orientado hacia la predicción de la formación de productos. El cultivo mixto microbiano es considerado como si fuese un microorganismo virtual capaz de llevar a cabo las rutas de fermentación más comunes y todo ello implantado en forma de red metabólica. Los productos de fermentación inicialmente considerados son acetato, propionato, butirato, lactato y etanol junto con hidrógeno y dióxido de carbono y se busca una relación entre la formación de unos u otros con las condiciones ambientales de operación. Se desarrolla un modelo inicial que predice la formación de productos en función de variables ambientales de operación del cultivo como