Μαθηματική μοντελοποίηση της παραγωγής βιοπλαστικών από μικροφύκη και κυανοβακτήρια
Loading...
Date
2025-10-08
Authors
Φυστικάκη, Σοφία
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Τα τελευταία χρόνια η ανάγκη για ανάπτυξη βιώσιμων τεχνολογιών είναι εντονότερη από ποτέ. Η περιβαλλοντική κρίση και η εξάντληση των φυσικών πόρων ωθούν την οικονομία προς την υιοθέτηση κυκλικών μοντέλων παραγωγής. Σε αυτό το πλαίσιο, οι βιολογικές διεργασίες προσελκύουν ιδιαίτερο επιστημονικό ενδιαφέρον, καθώς συνδυάζουν τη φιλική προς το περιβάλλον αξιοποίηση πόρων με την παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας. Μία από τις πιο ελπιδοφόρες κατηγορίες προϊόντων είναι τα βιοπλαστικά, τα οποία μπορούν να υποκαταστήσουν σε μεγάλο βαθμό τα συμβατικά πλαστικά, μειώνοντας έτσι το περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα.
Τα κυανοβακτήρια αποτελούν μικροοργανισμούς ζωτικής σημασίας με φωτοσυνθετική ικανότητα και μεγάλη προσαρμοστικότητα. Ορισμένα στελέχη, όπως το C. fritschii, παρουσιάζουν τη δυνατότητα παραγωγής πολυϋδροξυαλκανοϊκών εστέρων(PHAs), τα οποία κατατάσσονται στα πιο μελετημένα και υποσχόμενα είδη βιοπλαστικών. Η μελέτη αυτών των διεργασιών με μαθηματικά εργαλεία προσφέρει μια συστηματική κατανόηση των συνθηκών ανάπτυξης και παραγωγικότητας, αλλά και ένα μέσο πρόβλεψης και βελτιστοποίησης των καλλιεργειών.
Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται μαθηματική μοντελοποίηση της παραγωγής βιοπλαστικών από το κυανοβακτήριο Chlorogloeopsis fritschii. Αρχικά, εξετάζεται η ανάπτυξη του μικροοργανισμού σε διαφορετικούς τρόπους καλλιέργειας, με έμφαση στην κινητική περιγραφή της παραγωγής βιομάζας και PHB. Για τον σκοπό αυτό εφαρμόστηκαν μοντέλα κινητικής ανάπτυξης, όπως το μοντέλο Monod, ενώ η αλληλεπίδραση φωτός και κυττάρων περιεγράφηκε με το μοντέλο Moser. Οι παράμετροι των μοντέλων εκτιμήθηκαν με αλγορίθμους ελαχιστοποίησης σφαλμάτων στο λογισμικό MATLAB R2022b, ώστε να επιτευχθεί η καλύτερη δυνατή προσαρμογή στα πειραματικά δεδομένα.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα μοντέλα περιγράφουν ικανοποιητικά τόσο την ανάπτυξη του C. fritschii όσο και την παραγωγή βιοπλαστικού, με υψηλούς συντελεστές προσαρμογής (R2). Η ανάλυση επιβεβαίωσε τη σημασία παραγόντων όπως τα οργανικά υποστρώματα, τα ανόργανα θρεπτικά συστατικά και η ένταση φωτός. Η σύγκριση με βιβλιογραφικά δεδομένα υποστήριξε την εγκυρότητα της μοντελοποίησης και ανέδειξε τη δυνατότητα εφαρμογής της σε παρόμοιες διεργασίες. Συνεπώς, η εργασία συμβάλλει στην κατανόηση των βιολογικών μηχανισμών που διέπουν την παραγωγή βιοπλαστικών και ενισχύει την προοπτική αξιοποίησης των κυανοβακτηρίων σε βιώσιμες βιομηχανικές εφαρμογές.
Description
Keywords
Κυανοβακτήρια, Βιοπλαστικά