pH-pufferelés: a mikroorganizmusok „komfort zónájának” fenntartása
A sötét fermentáció során a szerves savak folyamatos termelése a fermentációs környezet pH-értékének (a savasság mérőszámának) folyamatos csökkenéséhez vezet, ami egyre savasabbá teszi azt. A legtöbb hidrogént{1}}termelő mikroorganizmus nagyon érzékeny a savas környezetre, és a túl alacsony pH súlyosan befolyásolhatja élettani aktivitásukat.
A bioszén, különösen bizonyos nyersanyagokból (például ásványi{0}}dús szalma) készült bioszén tartalmaz néhány lúgos anyagot (például kálium-karbonátot és kalcium-karbonátot). Ezek az anyagok semlegesíthetik a fermentáció során keletkező savakat, pH-pufferként működnek, ellenállnak a drasztikus pH-változásoknak, és arra törekszenek, hogy a fermentációs környezetet a mikroorganizmusok számára viszonylag kedvező pH-tartományon belül tartsák. Ez elengedhetetlen a mikrobiális aktivitás fenntartásához.
Tipp: a pH a savasság és a lúgosság mértéke; 7 semleges, 7 alatt savas, 7 felett lúgos. A pufferelés a viszonylag stabil pH fenntartásának képességére utal.
Inhibitorok adszorpciója: A "káros hulladék" eltávolítása
A bioszén porózus szerkezete és nagy fajlagos felülete kiváló adszorpciós képességet biztosít. Aktív szénhez hasonlóan felületén és pórusaiban adszorbeálhatja a fermentlében felhalmozódó és a mikroorganizmusokra mérgező anyagcsere-melléktermékeket (például túlzott mennyiségű szerves savat és etanolt).
Ily módon a bioszén hatékonyan csökkentheti ezen inhibitorok szabad koncentrációját a fermentlében, ezáltal csökkentve a mikroorganizmusokra gyakorolt közvetlen toxicitásukat és enyhítve a termékgátló hatásokat.
Tipp: Az adszorpció arra a jelenségre utal, amikor egy anyag (például inhibitor) egy másik anyag (például bioszén) felületéhez kötődik.
Mikrobiális immobilizáció: „települési helyek” biztosítása
A bioszén durva és porózus felülete az adszorpció mellett ideális kötődési hely a mikroorganizmusok számára. A mikroorganizmusok "letelepedhetnek" a bioszénre, biofilmet képezve. A folyadékban "sodródó" mikroorganizmusokhoz képest a hozzátapadt növekedéssel kialakított biofilm közösségek rendszerint erősebben szerveződnek és tolerálják a külső környezeti terheléseket (például magas koncentrációjú inhibitorokat).
Azáltal, hogy ezeket a "letelepedési helyeket" biztosítják, a bioszén segít a mikroorganizmusoknak jobban alkalmazkodni a kedvezőtlen környezetekhez és ellenállni annak, fenntartva a magasabb biomasszát és aktivitást, elősegítve ezzel a hidrogéntermelési folyamat stabil előrehaladását. Ezt mikrobiális immobilizációnak vagy sejtkolonizációnak nevezik.
