Original Title: Hydrogen as clean fuel via continuous fermentation by anaerobic photosynthetic bacteria, Rhodospirillum rubrum
Source: doi.org/10.46882/FAFT/1043
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

អ៊ីដ្រូសែនជាឥន្ធនៈស្អាតតាមរយៈការធ្វើមេជាបន្តបន្ទាប់ដោយបាក់តេរីធ្វើរស្មីសំយោគអានអេរ៉ូប៊ីក Rhodospirillum rubrum

ចំណងជើងដើម៖ Hydrogen as clean fuel via continuous fermentation by anaerobic photosynthetic bacteria, Rhodospirillum rubrum

អ្នកនិពន្ធ៖ Ghasem Najafpour (Universiti Sains Malaysia), Ku Syahidah Ku Ismail (Universiti Sains Malaysia), Habibollah Younesi (Universiti Sains Malaysia), Abdul Rahman Mohamed (Universiti Sains Malaysia), Azlina Harun Kamaruddin (Universiti Sains Malaysia)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2012, Frontiers of Agriculture and Food Technology

វិស័យសិក្សា៖ Biotechnology

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ការសិក្សានេះផ្តោតលើការស្វែងរកជម្រើសឥន្ធនៈស្អាតដែលគ្មានកាបូន ដើម្បីជំនួសឥន្ធនៈផូស៊ីល ដោយធ្វើការបំប្លែងជីវសាស្ត្រនៃឧស្ម័នសំយោគ (CO) ទៅជាឧស្ម័នអ៊ីដ្រូសែនដោយប្រើប្រាស់បាក់តេរី។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ អ្នកស្រាវជ្រាវបានប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ប្រតិកម្មជីវសាស្ត្របន្តបន្ទាប់ (Continuous bioreactor) ដើម្បីបំប្លែងឧស្ម័នសំយោគដោយប្រើបាក់តេរីធ្វើរស្មីសំយោគអានអេរ៉ូប៊ីក Rhodospirillum rubrum

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Continuous Biological Fermentation (Rhodospirillum rubrum)
ការធ្វើមេជីវសាស្ត្រជាបន្តបន្ទាប់ដោយបាក់តេរី Rhodospirillum rubrum
ដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាព និងសម្ពាធមជ្ឈដ្ឋានធម្មតា ចំណាយថាមពលតិច និងមានភាពធន់នឹងការពុលកាតាលីករខ្ពស់។ ការប្រើប្រាស់បាក់តេរីមានលក្ខណៈជាក់លាក់ និងផ្តល់ទិន្នផលល្អសម្រាប់ការបំប្លែងឧស្ម័ន CO ទៅជាអ៊ីដ្រូសែន។ ដំណើរការជីវសាស្ត្រជាទូទៅមានភាពយឺតជាងប្រតិកម្មគីមី តម្រូវឱ្យមានការគ្រប់គ្រងពន្លឺ (Light intensity) ជាប្រចាំ និងពឹងផ្អែកខ្លាំងទៅលើល្បឿនកូរដើម្បីបំបែកឧស្ម័នចូលទៅក្នុងរាវ។ ទិន្នផលអ៊ីដ្រូសែន ០.៦៥ mmol H2/mmol CO នៅល្បឿនកូរ ៥០០ rpm និងអាចផលិតបាន ៧.២ mmol/h ក្នុងអត្រាលំហូរ ០.៦៥ ml/min។
Conventional Fischer-Tropsch (FT) Synthesis
ការសំយោគ Fischer-Tropsch (FT) បែបបុរាណ
ជាបច្ចេកវិទ្យាដែលមានភាពចាស់ទុំ ដំណើរការលឿន និងត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយក្នុងឧស្សាហកម្មប្រេង និងឧស្ម័នខ្នាតធំ។ តម្រូវឱ្យប្រើប្រាស់សីតុណ្ហភាព និងសម្ពាធខ្ពស់ខ្លាំង ដែលទាមទារការចំណាយដើមទុន និងថាមពលខ្ពស់ (មិនសូវមានប្រសិទ្ធភាពសេដ្ឋកិច្ចសម្រាប់រោងចក្រខ្នាតតូច)។ ជាជម្រើសកាតាលីករគីមីស្តង់ដារដែលត្រូវបានលើកឡើងក្នុងឯកសារ ជាមូលដ្ឋានសម្រាប់ប្រៀបធៀប (មិនមានទិន្នន័យផលិតកម្មជាក់លាក់ក្នុងឯកសារនេះទេ)។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការសិក្សានេះទាមទារឧបករណ៍មន្ទីរពិសោធន៍ជីវគីមីកម្រិតខ្ពស់ និងការផ្គត់ផ្គង់ឧស្ម័ន និងពន្លឺយ៉ាងជាក់លាក់ជាប្រចាំ។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះត្រូវបានអនុវត្តនៅក្នុងបរិយាកាសមន្ទីរពិសោធន៍ដែលគ្រប់គ្រងយ៉ាងតឹងរ៉ឹង ដោយប្រើប្រាស់ឧស្ម័នសំយោគដែលត្រូវបានលាយបញ្ចូលគ្នាក្នុងកម្រិតស្តង់ដារ (Pure Syngas) និងពូជបាក់តេរីស្តង់ដារពី ATCC។ សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា ការអនុវត្តជាក់ស្តែងអាចជួបបញ្ហាប្រឈម ដោយសារតែឧស្ម័នសំយោគដែលបានមកពីកាកសំណល់កសិកម្មផ្ទាល់ អាចមានសមាសភាពមិនថេរ និងមានផ្ទុកសារធាតុពុលផ្សេងៗដែលអាចរារាំងការលូតលាស់របស់បាក់តេរី។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

វិធីសាស្ត្រនេះមានសក្តានុពលខ្ពស់សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា ក្នុងការបំប្លែងកាកសំណល់ជីវម៉ាស់ទៅជាថាមពលស្អាត (អ៊ីដ្រូសែន) ជាជាងការដុតចោលដោយឥតប្រយោជន៍។

ទោះបីជាបច្ចេកវិទ្យានេះតម្រូវឱ្យមានការវិនិយោគលើមន្ទីរពិសោធន៍ និងអ្នកជំនាញក៏ដោយ វាគឺជាដំណោះស្រាយរយៈពេលវែងដ៏ប្រសើរមួយ ក្នុងការប្រែក្លាយកសិ-សំណល់នៅកម្ពុជា ទៅជាថាមពលអ៊ីដ្រូសែនដែលអាចកើតឡើងវិញបាន។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាពីប្រព័ន្ធប្រតិកម្មជីវសាស្ត្រ (Bioreactors): ចាប់ផ្តើមដោយការស្វែងយល់អំពីគោលការណ៍នៃ Continuous និង Batch fermentation។ និស្សិតអាចប្រើប្រាស់ Coursera ឬសៀវភៅផ្នែក Bioprocess Engineering ដើម្បីយល់ពីរបៀបដែលល្បឿនកូរ (Agitation rate) ប៉ះពាល់ដល់ការរលាយឧស្ម័នក្នុងរាវ (Mass transfer)។
  2. ការបណ្តុះ និងថែរក្សាបាក់តេរី Anaerobic: អនុវត្តការបណ្តុះបាក់តេរី Rhodospirillum rubrum ឬបាក់តេរីស្រដៀងគ្នានៅក្នុងមន្ទីរពិសោធន៍។ រៀនពីរបៀបគ្រប់គ្រងពន្លឺ (Tungsten lamps) សីតុណ្ហភាព និងរក្សាបរិស្ថានមិនមានអុកស៊ីហ្សែន (Anaerobic conditions) យ៉ាងតឹងរ៉ឹង។
  3. ការវិភាគដោយប្រើប្រាស់ម៉ាស៊ីន (Chromatography Training): និស្សិតត្រូវហ្វឹកហាត់ប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ Gas Chromatography (GC) បំពាក់ដោយ TCD detector ដើម្បីអាចវាស់ស្ទង់សមាសភាពឧស្ម័នអ៊ីដ្រូសែន និងកាបូនម៉ូណូអុកស៊ីតបានយ៉ាងច្បាស់លាស់។
  4. ការសាកល្បងជាមួយកាកសំណល់ក្នុងស្រុក (Local Biomass Testing): ជំនួសឱ្យការប្រើប្រាស់ Syngas សុទ្ធ គួរធ្វើការសាកល្បងដោយប្រើប្រាស់ឧស្ម័នដែលចម្រាញ់ចេញពីដំណើរការដុតអង្កាម ឬសំណល់កសិកម្មនៅកម្ពុជា ដើម្បីវាយតម្លៃពីឥទ្ធិពលនៃសារធាតុមិនសុទ្ធ (Impurities) ទៅលើទិន្នផលរបស់បាក់តេរី។
  5. ការរចនាប្រព័ន្ធខ្នាតធំ (Scale-up Simulation): ប្រើប្រាស់កម្មវិធីដូចជា SuperPro DesignerAspen Plus ដើម្បីធ្វើការក្លែងធ្វើ (Simulate) ដំណើរការបំប្លែងឧស្ម័ននេះពីកម្រិតមន្ទីរពិសោធន៍ (២ លីត្រ) ទៅជាទំហំរោងចក្រសាកល្បង (Pilot plant) ដោយគណនាថ្លៃដើមនិងប្រសិទ្ធភាពសេដ្ឋកិច្ច។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Continuous fermentation (ការធ្វើមេជាបន្តបន្ទាប់) ជាដំណើរការចិញ្ចឹមបាក់តេរីនៅក្នុងឧបករណ៍ប្រតិកម្ម ដែលសារធាតុចិញ្ចឹមថ្មីត្រូវបានបញ្ចូលជានិច្ច ហើយផលិតផលនិងកាកសំណល់ត្រូវបានទាញចេញជានិច្ចក្នុងពេលតែមួយ ដើម្បីរក្សាបរិមាណបាក់តេរីនិងការផលិតឱ្យមានស្ថិរភាពរយៈពេលយូរ ដោយមិនចាំបាច់បញ្ឈប់ម៉ាស៊ីន។ ដូចជាការបើកទឹកចូលក្នុងអាងបន្តិចម្តងៗ ហើយបង្ហូរទឹកចាស់ចេញបន្តិចម្តងៗ ដើម្បីឱ្យទឹកក្នុងអាងនៅតែថ្មី និងមានតុល្យភាពជានិច្ច។
Synthesis gas / Syngas (ឧស្ម័នសំយោគ) ជាល្បាយឧស្ម័នដែលភាគច្រើនមានផ្ទុកឧស្ម័នកាបូនម៉ូណូអុកស៊ីត (CO) និងអ៊ីដ្រូសែន (H2) ដែលបានមកពីការដុតកាកសំណល់សរីរាង្គ ឧស្ម័នធម្មជាតិ ឬធ្យូងថ្មក្នុងកម្រិតអុកស៊ីសែនទាប។ ក្នុងអត្ថបទនេះ គេប្រើប្រាស់ឧស្ម័ន CO ពី Syngas ជាចំណីសម្រាប់ឱ្យបាក់តេរីស៊ី។ ដូចជាផ្សែងដែលចេញពីការដុតអុសមិនឆេះអស់ ដែលយើងអាចប្រមូលយកវាទៅកែច្នៃធ្វើជាចំណីឱ្យបាក់តេរីផលិតថាមពលបន្តទៀត។
Anaerobic photosynthetic bacteria (បាក់តេរីធ្វើរស្មីសំយោគដោយមិនប្រើអុកស៊ីសែន) ជាប្រភេទអតិសុខុមប្រាណដែលអាចលូតលាស់ និងផលិតថាមពលដោយប្រើប្រាស់ពន្លឺ (ដំណើរការរស្មីសំយោគ) នៅក្នុងបរិស្ថានដែលបិទជិតគ្មានខ្យល់អុកស៊ីសែន។ ឧទាហរណ៍ដូចជាពូជ Rhodospirillum rubrum ក្នុងអត្ថបទនេះ។ ដូចជារុក្ខជាតិដែរ ដែលត្រូវការតែពន្លឺដើម្បីរស់និងធ្វើការ តែបាក់តេរីនេះអាចរស់បានក្នុងកន្លែងដែលគ្មានខ្យល់អុកស៊ីសែនទាល់តែសោះ។
Water-gas shift reaction (ប្រតិកម្មផ្លាស់ប្តូរឧស្ម័នទឹក) ជាប្រតិកម្មគីមីឬជីវសាស្ត្រដែលឧស្ម័នកាបូនម៉ូណូអុកស៊ីត (CO) មានប្រតិកម្មជាមួយទឹក (H2O) បង្កើតបានជាឧស្ម័នកាបូនឌីអុកស៊ីត (CO2) និងឧស្ម័នអ៊ីដ្រូសែន (H2)។ បាក់តេរីប្រើអង់ស៊ីមរបស់វាដើម្បីជម្រុញដំណើរការនេះនៅសីតុណ្ហភាពធម្មតា។ ដូចជាការយកឧស្ម័នពុល (CO) ទៅលាយជាមួយទឹក ហើយឱ្យបាក់តេរីជួយបំប្លែងវាទៅជាឧស្ម័នអ៊ីដ្រូសែនសម្រាប់យកទៅដុតឆេះធ្វើជាឥន្ធនៈ។
Mass transfer coefficient (មេគុណផ្ទេរម៉ាស) ជារង្វាស់ដែលបង្ហាញពីល្បឿននៃការរលាយ និងការជ្រាបចូលនៃឧស្ម័ន (ដូចជា CO) ទៅក្នុងអង្គធាតុរាវ (ទឹកបណ្តុះបាក់តេរី) ដើម្បីឱ្យកោសិកាបាក់តេរីអាចចាប់យកវាទៅប្រើប្រាស់បាន។ ល្បឿនកូរក្នុងម៉ាស៊ីនកាន់តែលឿន មេគុណនេះកាន់តែខ្ពស់។ ដូចជាការកូរស្ករក្នុងកែវទឹក ការកូរកាន់តែលឿននិងខ្លាំង ស្ករក៏រលាយចូលទឹកបានកាន់តែលឿនសព្វល្អ។
Liquid dilution rate (អត្រាពង្រាវរាវ) ជាអត្រានៃការបញ្ចូលសូលុយស្យុងថ្មីទៅក្នុងឧបករណ៍ប្រតិកម្មជីវសាស្ត្រ (Bioreactor) ធៀបនឹងចំណុះសរុបនៃម៉ាស៊ីន។ វាជួយគ្រប់គ្រងរយៈពេលដែលបាក់តេរីត្រូវស្នាក់នៅក្នុងម៉ាស៊ីន ដើម្បីឱ្យពួកវាមានពេលគ្រប់គ្រាន់ក្នុងការស៊ីឧស្ម័ននិងលូតលាស់។ ដូចជាការកំណត់ល្បឿនទឹកហូរចូលអាងចិញ្ចឹមត្រី ដើម្បីធានាថាត្រីមានពេលគ្រប់គ្រាន់ក្នុងការស៊ីចំណីមុនពេលទឹកចាស់ត្រូវហូរចេញវិញ។
Optical density (ដង់ស៊ីតេអុបទិក) ជាវិធីសាស្ត្រសម្រាប់វាស់កំហាប់ ឬបរិមាណកោសិកាបាក់តេរីនៅក្នុងសូលុយស្យុង ដោយប្រើឧបករណ៍បញ្ចាំងពន្លឺឆ្លងកាត់ទឹកនោះ។ បើទឹកកាន់តែល្អក់ (មានបាក់តេរីច្រើន) ពន្លឺឆ្លងកាត់បានតិច ដែលបញ្ជាក់ថាដង់ស៊ីតេអុបទិកកាន់តែខ្ពស់។ ដូចជាការមើលទៅក្នុងទឹកស្ទឹង បើទឹកល្អក់ខ្លាំងយើងមើលមិនសូវធ្លុះដល់បាត មានន័យថាបរិមាណកម្ទេចកំទីឬធាតុល្អិតក្នុងទឹកនោះមានកម្រិតខ្ពស់។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖