Modeling hydrogen production in dark fermentation: analyzing the impact of homoacetogenesis pathway

The production of hydrogen through sustainable methods has recently gained increasing attention due to its current and potentially expanding future importance. Dark fermentation (DF) represents a promising yet underexplored approach, largely due to its poor predictability linked to the complexity of microbial metabolic activity. To address this challenge, recent efforts have focused on developing predictive models for DF hydrogen production, with the aim of making the process industrially scalable. This study presents a model incorporating two primary metabolic pathways—acetate and butyrate pathways—along with homoacetogenesis. The model was compared with experimental data coming from five batch cases and one continuous case, with operating conditions varying in volume, pH, duration, and substrate type. The comparison is quite satisfactory. The analysis highlights the growing importance of homoacetogenesis, which showed a stronger impact, particularly in batch operations, where this metabolic pathway was activated earlier in the process.

La produzione di idrogeno attraverso metodi sostenibili ha recentemente guadagnato crescente attenzione a causa della sua importanza attuale e del suo potenziale futuro in espansione. La fermentazione oscura (DF) rappresenta un approccio promettente, ma ancora poco esplorato, principalmente a causa della scarsa prevedibilità legata alla complessità dell'attività metabolica microbica. Per affrontare questa sfida, negli ultimi tempi si è lavorato allo sviluppo di modelli predittivi per la produzione di idrogeno tramite DF, con l’obiettivo di rendere il processo scalabile a livello industriale. Questo studio presenta un modello che incorpora due principali vie metaboliche—la via dell’acetato e quella del butirrato—insieme all'omoacetogenesi. Il modello è stato confrontato con dati sperimentali provenienti da cinque casi in batch e un caso continuo, con condizioni operative variabili in volume, pH, durata e tipo di substrato. Il confronto è risultato piuttosto soddisfacente. L'analisi evidenzia l'importanza crescente dell'omoacetogenesi, che ha mostrato un impatto più forte, in particolare nelle operazioni in batch, dove questa via metabolica è stata attivata prima nel processo.