pH-buffering: de ‘comfortzone’ van de micro-organismen behouden
Tijdens donkere fermentatie leidt de continue productie van organische zuren tot een voortdurende daling van de pH-waarde (een maatstaf voor de zuurgraad) van de fermentatieomgeving, waardoor deze steeds zuurder wordt. De meeste waterstof-producerende micro-organismen zijn zeer gevoelig voor zure omgevingen, en een te lage pH kan hun fysiologische activiteit ernstig beïnvloeden.
Biochar, vooral biochar gemaakt van bepaalde grondstoffen (zoals mineraal{0}}rijk stro), bevat enkele alkalische stoffen (zoals kaliumcarbonaat en calciumcarbonaat). Deze stoffen kunnen de zuren neutraliseren die tijdens de fermentatie worden geproduceerd, fungeren als pH-buffer, zijn bestand tegen drastische veranderingen in de pH en streven ernaar de fermentatieomgeving binnen een pH-bereik te houden dat relatief vriendelijk is voor micro-organismen. Dit is cruciaal voor het behoud van de microbiële activiteit.
Tip: pH is een maatstaf voor de zuurgraad en alkaliteit; 7 is neutraal, lager dan 7 is zuur en hoger dan 7 is alkalisch. Buffering verwijst naar het vermogen om een relatief stabiele pH te handhaven.
Adsorptie van remmers: het verwijderen van “schadelijk afval”
De poreuze structuur en het grote specifieke oppervlak van biochar zorgen voor uitstekende adsorptiemogelijkheden. Net als actieve kool kan het metabolische bijproducten die zich ophopen in de fermentatiebouillon en giftig zijn voor micro-organismen (zoals overmatige organische zuren en ethanol) op het oppervlak en de poriën adsorberen.
Op deze manier kan biochar de vrije concentratie van deze remmers in de fermentatiebouillon effectief verminderen, waardoor hun directe toxiciteit voor micro-organismen wordt verminderd en de productremmingseffecten worden verlicht.
Tip: Adsorptie verwijst naar het fenomeen waarbij een stof (zoals een remmer) zich hecht aan het oppervlak van een andere stof (zoals biochar).
Microbiële immobilisatie: het bieden van ‘nederzettingsgebieden’
Naast adsorptie is het ruwe en poreuze oppervlak van biochar een ideale hechtingsplaats voor micro-organismen. Micro-organismen kunnen zich op de biochar "vestigen" en een biofilm vormen. Vergeleken met micro-organismen die in de vloeistof ‘drijven’, hebben biofilmgemeenschappen gevormd door aangehechte groei doorgaans een sterkere organisatie en tolerantie voor externe omgevingsstress (zoals hoge concentraties remmers).
Door deze ‘nederzettingsplaatsen’ aan te bieden, helpt biochar micro-organismen zich beter aan te passen aan en weerstand te bieden aan ongunstige omgevingen, waardoor een hogere biomassa en activiteit behouden blijft, waardoor de stabiele voortgang van het waterstofproductieproces wordt bevorderd. Dit wordt microbiële immobilisatie of celkolonisatie genoemd.
