مدلسازی دینامیکی فرآیند بیوفوتولیز برای پیشبینی تولید هیدروژن

هیدروژن به دلیل محتوای انرژی زیاد و تولید فقط آب در زمان احتراق به عنوان یک سوخت پاک و جایگزینی مناسب برای سوخت های فسیلی مطرح می باشد. از آنجایی که تولید هیدروژن از طریق فرایند تغییر شکل متان با بخار آب دارای خطرپذیری بالا و هزینه های هنگفتی است، امروزه استفاده از روش های زیستی مورد توجه بسیاری از محققان و صنعتگران قرار گرفته است. یکی از روش های زیستی کارآمد در تولید هیدروژن، روش بیوفتولیز می باشد. در این روش، فرایند تجزیه و تحلیل و بستردهی توسط میکروارگانیسم های خاصی که عمدتا از انواع جلبک ها و باکتری ها می باشند در حضور نور صورت می پذیرد. در این پژوهش به مدلسازی و شبیه سازی جنبه های مختلفی از فرایند تولید هیدروژن به روش بیوفتولیز پرداخته شده است. در این راستا، از مدل سینتیک لاگستیک برای پیش بینی روند رشد توده زیستی جلبک کلیمودوموناس رینهاردتی همراه با مدل های اصلاح شده جدیدی برای تخمین مقدار ثابت سرعت رشد ویژه میکروبی (μ) مبتنی بر مدل های مونود، مونزر، هالدان، آیبا، ادوارد و تیسییر با افزودن ترم های شدت نور استفاده گردید. به منظور پیش بینی میزان هیدروژن زیستی تولید شده، مدل لودکین-پیرت بکار گرفته شده است. در نهایت با حل همزمان مدل های دیفرانسیل لاگستیک، لودکین-پیرت با هر یک از مدل های μ، شبیه سازی نرم افزاری شبیه سازی تعریف شده است. با بررسی انالیز خطای هر یک از ۶ حالت با داده های آزمایشگاهی استخراج شده از مقالات، مشخص گردید که سناریوی مبتنی بر مدل هالدان اصلاح شده دارای بهترین عملکرد در پیش بینی فرایند می باشد. در ادامه برای اعتبارسنجی مدل، از این سناریو برای تخمین میزان هیدروژن تولیدی در شدت نور دیگر استفاده گردید. نتایج شبیه سازی ها با داده های آزمایشگاهی مربوط به Chlamydomonas reinhardtii اعتبارسنجی شده و مدل ۳ به عنوان بهترین گزینه انتخاب گردید. بررسی شدت نور نشان داد که تولید هیدروژن با افزایش شدت نور ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد و مقدار بهینه ۱۳۸ وات بر متر مربع تعیین شد.

کلیدواژه ها:

بیوفوتولیز ، مدلسازی دینامیکی ، مدل نرخ رشد ویژه ، شدت نور