Fungal pretreatment for lignocellulosic biomass anaerobic digestion

La méthanisation de la biomasse lignocellulosique est un des moyens les plus efficients pour la production d’énergie renouvelable. Cependant, la lignine présente dans cette biomasse est difficile à hydrolyser. Cette limite peut être surmontée grâce aux prétraitements. Parmi eux, les prétraitements peu couteux par pourritures blanches sont attrayants mais ils ont été peu appliqués pour la digestion anaérobie. La présente étude explore les prétraitements par pourritures blanches de la paille de blé afin d’en améliorer sa méthanisation. Tout d’abord, une étape de sélection a révélé l’efficacité de la souche Polyporus brumalis BRFM 985 puisque 43% de méthane supplémentaire ont été obtenus par gramme de matières volatiles par comparaison avec la paille témoin. En prenant en compte les pertes de matières occasionnées par le prétraitement, cela correspondait à 21 % d’amélioration par gramme de matière sèche initiale. De plus, il a été montré que l’addition de glucose durant le prétraitement limitait la délignification et donc la production de méthane du substrat. Puis, des échantillons prétraités furent obtenus lors d’un plan d’expérience visant à optimiser le prétraitement par P. brumalis BRFM 985 ; les paramètres du prétraitement testés étaient : la durée et la température de culture, l’humidité initiale du substrat et l’addition de métaux. Les surfaces de réponse de la production de méthane à partir de ces échantillons furent construites. La production optimale de méthane ne fut pas atteinte dans le domaine expérimental testé mais l’impact positif de l’addition de métaux fut démontré, ainsi que l’importance de choisir une durée de culture adaptée. Ensuite, l’usage de la technique de la pyrolyse-GC-MS pour évaluer l’efficacité du prétraitement fut étudié. Une estimation de la quantité de biomasse fongique avec cette méthode apparaît possible. Le ratio polysaccharides/lignine déterminé par py-GC-MS a permis de classer des échantillons prétraités selon leur biodégradabilité anaérobie. La digestion anaérobie en voie sèche (DAVS) de paille de blé prétraitée en réacteur pilote fut menée en batch avec recirculation des lixiviats. Durant le démarrage de la DAVS, un trop fort S/I mène à une accumulation d’acides gras volatils (AGV) et parfois à la défaillance de la DAVS. Néanmoins, de forts S/I permettent de traiter plus de substrat et augmentent la production de méthane par volume de réacteur. Avec la paille de blé, des S/I entre 2 et 3 (en matières volatiles) permettent un bon démarrage de la DAVS. Alors qu’un ratio AGV totaux/alcalinité inférieur à 0,6 correspond à des réacteurs stables en digestion anaérobie voie liquide ; cette limite semble mal adaptée à la DAVS. Il fut observé que la DAVS pouvait récupérer d’une phase d’acidification tant que le ratio AGV totaux/alcalinité était inférieur à 2 et que la concentration en AGV était inférieure à 10 g/L dans les lixiviats. Malgré une amélioration de la biodégradabilité et une phase de démarrage facilitée, le prétraitement fongique non optimisé ne permit pas d’améliorer la production de méthane après prise en compte des pertes de matière occasionnées par le prétraitement.Anaerobic digestion of lignocellulosic biomass is one of the most efficient ways to produce renewable energy. However, lignin contained in this biomass is difficult to hydrolyze. This limitation can be overcome by pretreatments. Among them, low-cost white-rot fungi pretreatments seem attractive but were scarcely applied for anaerobic digestion. The current study investigates white-rot fungi pretreatments of wheat straw to improve its methane production. Firstly, a selection step has revealed the efficiency of Polyporus brumalis BRFM 985 since 43% more methane per gram of pretreated volatile solids were obtained compared to the control straw. Taking into account the dry weight loss occurring during the pretreatment, it still corresponded to 21% more methane per gram of initial total solids. Moreover, glucose addition during the pretreatment was shown to limit delignification and thus methane production from the substrate. Secondly, pretreated samples were obtained in an experiment device aiming to optimize the pretreatment with P. brumalis BRFM 985; tested pretreatments parameters were: culture duration, temperature, initial substrate moisture content and metals addition. Response surfaces of methane production from those samples were built. Optimum methane production was not reached in the experimental domain but the positive impact of metals addition was demonstrated, so as the importance to choose adequate culture duration. Then, the use of pyrolysis-GC-MS technic to access pretreatment efficiency was studied. Estimation of fungal biomass amount on wheat straw with this method appeared possible. Polysaccharides/lignin ratio determined with py-GC-MS allowed to classify some pretreated samples according to their anaerobic degradability. Solid State Anaerobic Digestion (SSAD) of wheat straw pretreated in pilot-reactor was carried out in batch with leachate recycle. During SSAD start-up phase, too high Substrate/Inoculum (S/I) ratio leads to Volatile Fatty Acid (VFA) accumulation and sometimes to reactor failure but with high S/I more substrate can be treated and methane production per reactor volume increases. With wheat straw, S/I between 2 and 3 (Volatile Solid basis) allow a successful start-up in SSAD. Whereas Total VFA/alkalinity ratio under 0.6 corresponds to stable wet anaerobic digestion; this limit seems not well adapted to SSAD. It was observed that SSAD reactors were able to recover from acidification phase when Total VFA/alkalinity was lower than 2 and with VFA concentrations inferior to 10 g/L in leachate. Despite the improvement of biodegradability and the facilitation of start-up phase, non-optimized fungal pretreatment did not improve methane production after taking into account mass losses occurring during the pretreatment

Prétraitements fongiques pour la méthanisation de la biomasse lignocellulosique

Anaerobic digestion of lignocellulosic biomass is one of the most efficient ways to produce renewable energy. However, lignin contained in this biomass is difficult to hydrolyze. This limitation can be overcome by pretreatments. Among them, low-cost white-rot fungi pretreatments seem attractive but were scarcely applied for anaerobic digestion. The current study investigates white-rot fungi pretreatments of wheat straw to improve its methane production. Firstly, a selection step has revealed the efficiency of Polyporus brumalis BRFM 985 since 43% more methane per gram of pretreated volatile solids were obtained compared to the control straw. Taking into account the dry weight loss occurring during the pretreatment, it still corresponded to 21% more methane per gram of initial total solids. Moreover, glucose addition during the pretreatment was shown to limit delignification and thus methane production from the substrate. Secondly, pretreated samples were obtained in an experiment device aiming to optimize the pretreatment with P. brumalis BRFM 985; tested pretreatments parameters were: culture duration, temperature, initial substrate moisture content and metals addition. Response surfaces of methane production from those samples were built. Optimum methane production was not reached in the experimental domain but the positive impact of metals addition was demonstrated, so as the importance to choose adequate culture duration. Then, the use of pyrolysis-GC-MS technic to access pretreatment efficiency was studied. Estimation of fungal biomass amount on wheat straw with this method appeared possible. Polysaccharides/lignin ratio determined with py-GCMS allowed to classify some pretreated samples according to their anaerobic degradability. Solid State Anaerobic Digestion (SSAD) of wheat straw pretreated in pilot-reactor was carried out in batch with leachate recycle. During SSAD start-up phase, too high Substrate/Inoculum (S/I) ratio leads to Volatile Fatty Acid (VFA) accumulation and sometimes to reactor failure but with high S/I more substrate can be treated and methane production per reactor volume increases. With wheat straw, S/I between 2 and 3 (Volatile Solid basis) allow a successful start-up in SSAD. Whereas Total VFA/alkalinity ratio under 0.6 corresponds to stable wet anaerobic digestion; this limit seems not well adapted to SSAD. It was observed that SSAD reactors were able to recover from acidification phase when Total VFA/alkalinity was lower than 2 and with VFA concentrations inferior to 10 g/L in leachate. Despite the improvement of biodegradability and the facilitation of start-up phase, non-optimized fungal pretreatment did not improve methane production after taking into account mass losses occurring during the pretreatment.La méthanisation de la biomasse lignocellulosique est un des moyens les plus efficients pour la production d’énergie renouvelable. Cependant, la lignine présente dans cette biomasse est difficile à hydrolyser. Cette limite peut être surmontée grâce aux prétraitements. Parmi eux, les prétraitements peu couteux par pourritures blanches sont attrayants mais ils ont été peu appliqués pour la digestion anaérobie. La présente étude explore les prétraitements par pourritures blanches de la paille de blé afin d’en améliorer sa méthanisation. Tout d’abord, une étape de sélection a révélé l’efficacité de la souche Polyporus brumalis BRFM 985 puisque 43% de méthane supplémentaire ont été obtenus par gramme de matières volatiles par comparaison avec la paille témoin. En prenant en compte les pertes de matières occasionnées par le prétraitement, cela correspondait à 21 % d’amélioration par gramme de matière sèche initiale. De plus, il fut montré que l’addition de glucose durant le prétraitement limitait la délignification et donc la production de méthane du substrat. Puis, des échantillons prétraités ont été obtenus lors d’un plan d’expérience visant à optimiser le prétraitement par P. brumalis BRFM 985 ; les paramètres du prétraitement testés étaient : la durée et la température de culture, l’humidité initiale du substrat et l’addition de métaux. Les surfaces de réponse de la production de méthane à partir de ces échantillons ont été construites. La production optimale de méthane n’a pas été atteinte dans le domaine expérimental testé mais l’impact positif de l’addition de métaux a été démontré, ainsi que l’importance de choisir une durée de culture adaptée. Ensuite, l’usage de la technique de la pyrolyse-GC-MS pour évaluer l’efficacité du prétraitement a été étudié. Une estimation de la quantité de biomasse fongique avec cette méthode apparaît possible. Le ratio polysaccharides/lignine déterminé par py-GC-MS a permis de classer des échantillons prétraités selon leur biodégradabilité anaérobie. La digestion anaérobie en voie sèche (DAVS) de paille de blé prétraitée en réacteur pilote a été menée en batch avec recirculation des lixiviats. Durant le démarrage de la DAVS, un trop fort S/I mène à une accumulation d’acides gras volatils (AGV) et parfois à la défaillance de la DAVS. Néanmoins, de forts S/I permettent de traiter plus de substrat et augmentent la production de méthane par volume de réacteur. Avec la paille de blé, des S/I entre 2 et 3 (en matières volatiles) permettent un bon démarrage de la DAVS. Alors qu’un ratio AGV totaux/alcalinité inférieur à 0,6 correspond à des réacteurs stables en digestion anaérobie voie liquide ; cette limite semble mal adaptée à la DAVS. Il a été observé que la DAVS pouvait récupérer d’une phase d’acidification tant que le ratio AGV totaux/alcalinité était inférieur à 2 et que la concentration en AGV était inférieure à 10 g/L dans les lixiviats. Malgré une amélioration de la biodégradabilité et une phase de démarrage facilitée, le prétraitement fongique non optimisé n’a pas permis d’améliorer la production de méthane après prise en compte des pertes de matière occasionnées par le prétraitement

Pyrolysis-GC–MS to assess the fungal pretreatment efficiency for wheat straw anaerobic digestion

Cost-effective and environment-friendly pretreatments, such as fungal pretreatments, are required for anaerobic digestion of lignocellulosic biomass particularly because the amount of methane produced is often limited by the lignin content. Anaerobic digestibility is estimated using a Biochemical Methane Potential (BMP) test, which lasts several weeks. Since the Py-GC–MS technique is considered to be a rapid method for obtaining information on various organic components, its suitability for the study of fungal pretreatment efficiency in anaerobic digestion was investigated here, to our knowledge for the first time. In this goal, mycelium of the white-rot fungi Polyporus brumalis BRFM 985, untreated wheat straw and straw pretreated with different fungal strains and under different conditions were analysed with Py-GC–MS. In the mycelium pyrolysate, diverse compounds, often considered as unspecific, probably derive from proteins (toluene, etc.). A strong presence of tyrosine and phenylalanine among the fungus amino acids was also suspected. As for pretreated straw samples, a correlation was observed between the amount of fungal biomass determined by qPCR (used as a reference method) and the sum of relative areas of toluene, styrene and ethylbenzene in the pyrograms, showing that it is feasible to estimate the fungal biomass amount on pretreated straws using Py-GC–MS. In addition, the H/L-Py (Holocelluloses/Lignin) ratio, determined by dividing the sums of areas of pyrolysis compounds that have a polysaccharide (PS) and lignin (LIG) origin, was correlated to the BMP values of pretreated straws, thus showing that the pretreatment efficiency can be rapidly estimated with Py-GC–MS in the tested conditions

Improvement of anaerobic degradation by white-rot fungi pretreatment of lignocellulosic biomass : A review

International audienceAnaerobic digestion of lignocellulosic biomass appears to be an efficient process for the production of energy whilst answering present-day environmental challenges. However, lignin contained in lignocellulosic biomass is hardly biodegradable, thus representing a major obstacle for maximum methane production. Consequently, although pretreatments need to be considered, their cost is a limit for their full-scale use. Biological pretreatments are a cheaper alternative in this context. Several biological pre-treatments have been studied for anaerobic digestion: ensiling, partial composting, specific microbial consortia, enzymes and fungi. Simple, inexpensive and efficient pretreatments can be obtained using fungi. White-rot fungi (WRF), have been considered as most capable of delignifying a substrate. However, their use in the pretreatment of substrates for anaerobic digestion is quite recent and still needs to be investigated. This review compares fungal pretreatment with other biological treatments for anaerobic digestion of lignocellulosic biomass. Enzymatic mechanisms for WRF pretreatments are then exposed. The literature data regarding the improvement of anaerobic digestibility with WRF pretreatment are summarized (anaerobic digestion and in vitro digestibility with rumen microorganisms). Finally, lignocellulosic biomass features allowing the improvement of anaerobic digestion are exposed (porosity, cellulose crystallinity, etc.). The possible effects of WRF on these characteristics are discussed and industrial perspectives for WRF pretreatments are presented. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved

White-Rot Fungi pretreatment of lignocellulosic biomass for anaerobic digestion: impact of glucose supplementation

Anaerobic digestion of lignocellulosic biomass is one of the most efficient ways to produce renewable energy. However, lignin contained in this biomass is difficult to hydrolyse. Pretreatment can help to overcome this limitation. Among them, low-cost fungal pretreatments seem noteworthy. Although widely used in pretreatment for bioethanol production, rot fungi have rarely been applied for improving biogas production during anaerobic digestion of lignocellulosic biomass. The present study investigates the possibility to increase methane production from wheat straw pretreated with several fungal strains. After screening sixty-three strains, twelve preselected strains were used to pretreat straw. Compared to the control straw, up to 43% more methane per gram of pretreated volatile solids were obtained with Polyporus brumalis BRFM 985 strain. Taking into account the dry weight loss measured during pretreatment in non-optimized conditions, up to 21% more methane per gram of initial total solids was observed. Glucose addition during the pretreatment also proved to limit delignification and thus methane production from the substrate

Influence of white-rot fungus Polyporus brumalis BRFM 985 culture conditions on the pretreatment efficiency for anaerobic digestion of wheat straw

International audienceFor the first time, Polyporus brumalis BRFM985 was cultivated on wheat straw to investigate the simultaneous effects of pretreatment parameters on anaerobic digestion: these include initial substrate humidity, temperature, duration, and metal supplementation. Surface response methodology was applied to quantify the importance of each parameter, as well as the synergistic effects between them. Firstly, metal addition and secondly, pretreatment duration, both resulted in a positive impact. According to calculations, the highest methane production (182 dm3 of methane per kilogram of initial Total Solids) is associated to pretreatment with metal addition during 20 days. In comparison with the least optimal conditions (118 dm3.kg−1 without metal addition, during 15 days), this result implies a 52% increase

Fungal pretreatment of wheat straw for anaerobic digestion

International audienceRecently, there has been a considerable interest for the production of renewable energy from lignocellulosic biomass which presents several advantages. It is, however, a technological challenge because of the difficulty to hydrolyze lignin contained in this biomass. This limitation can be overcome by pretreatments. Among them, low-cost fungal pretreatments are attractive. This study focuses on the selection of a fungal strain, in order to increase methane production from wheat straw. After a screening on 176 strains, thirteen were preselected and used to pretreat straw. BMP of those straws were measured. Compared to the control straw and considering pretreated VS, up to 43% more methane were obtained. Taking into account the dry weight loss observed during the pretreatment in non-optimized conditions, it was found up to 21% more methane compared to the control straw

Prétraitement de biomasses lignocellulosiques par des champigneux filamenteux pour la production de bioénergies

Cinq souches fongiques ont été mises en œuvre dans un procédé de fermentation en milieu solide (FMS) afin de réaliser un prétraitement biologique de la paille de blé. Le traitement par FMS a été réalisé à 28°C pendant 21 jours. L’étude de la composition chimique de la paille de blé prétraitée a permis de mettre en évidence une délignification efficace avec des pertes en lignine comprises entre 30 et 50% (m/m). De façon générale, cette délignification s’accompagne d’une dégradation limitée des polysaccharides pariétaux. Deux souches, Polyporus brumalis_BRFM 985 et Leiotrametes sp_BRFM 1048, s’avèrent être plus sélectives que les 3 autres avec une faible dégradation de la cellulose et des hémicelluloses. L’hydrolyse enzymatique des pailles de blé prétraitées, par des cocktails cellulosiques commerciaux, a permis d’améliorer la digestibilité des polysaccharides pariétaux jusqu’à 82 % par comparaison à la paille témoin non ensemencée. Les tests de potentiel méthane ont montré qu’il pouvait être obtenu jusqu’à 26 % de méthane supplémentaire par rapport à la paille témoin non ensemencée (NmL CH4/g de matière organique prétraitée). Les résultats d’hydrolyse enzymatique et de méthanisation montrent l’efficacité du prétraitement fongique de la paille de blé pour sa bioconversion en produits énergétiques

“The children are used to the camera being there" : preschool teachers thoughts on children’s integrity in photo documentation in preschool

Syftet med studien är att uppmärksamma hur förskollärare tolkar, respekterar och förstår barns integritet vid fotodokumentation. Tidigare forskning visar att det finns begränsade studier om barns integritet i förskolan samt hur förskollärare tänker kring ämnet. Forskning visar även att det kan uppstå etiska dilemman vid dokumentation av barn. I studien har ett relationellt perspektiv använts tillsammans med begrepp som: human being, human becoming samt det kompetenta barnet för att analysera det insamlade materialet. Studien utgår från en kvalitativ ansats där semi-strukturerade intervjuer har genomförts med sju utbildade förskollärare. Resultatet sammanställdes i följande rubriker: Att fråga eller att inte fråga. Relationen avgör. Fotodokumentation är viktigt. Finns det konsekvenser? Behöver barn vara med på foto? Barns rättigheter och förskollärarnas roll. En slutsats dras av att ämnet är komplext.