pH-buffer: Vedligeholdelse af mikroorganismernes "komfortzone"
Under mørk gæring fører den kontinuerlige produktion af organiske syrer til et kontinuerligt fald i pH-værdien (et mål for surhedsgraden) i fermenteringsmiljøet, hvilket gør det mere og mere surt. De fleste brint-producerende mikroorganismer er meget følsomme over for sure miljøer, og for lav pH kan i alvorlig grad påvirke deres fysiologiske aktivitet.
Biokul, især biokul fremstillet af visse råmaterialer (såsom mineralrigt-halm), indeholder nogle alkaliske stoffer (såsom kaliumcarbonat og calciumcarbonat). Disse stoffer kan neutralisere de syrer, der produceres under fermentering, fungerer som en pH-buffer, modstår drastiske ændringer i pH og stræber efter at holde fermenteringsmiljøet inden for et pH-område, der er relativt venligt over for mikroorganismer. Dette er afgørende for at opretholde mikrobiel aktivitet.
Tip: pH er et mål for surhedsgrad og alkalinitet; 7 er neutral, under 7 er sur, og over 7 er alkalisk. Buffering refererer til evnen til at opretholde en relativt stabil pH.
Adsorption af inhibitorer: Fjernelse af "skadeligt affald"
Den porøse struktur og store specifikke overfladeareal af biokul giver det fremragende adsorptionsevner. Ligesom aktivt kul kan det adsorbere metaboliske biprodukter, der akkumuleres i fermenteringsbouillonen og er giftige for mikroorganismer (såsom overskydende organiske syrer og ethanol) på overfladen og porerne.
På denne måde kan biochar effektivt reducere den frie koncentration af disse inhibitorer i fermenteringsbouillonen og derved reducere deres direkte toksicitet over for mikroorganismer og afhjælpe produkthæmmende effekter.
Tip: Adsorption refererer til fænomenet, hvor et stof (såsom en inhibitor) binder sig til overfladen af et andet stof (såsom biokul).
Mikrobiel immobilisering: Tilvejebringelse af "bosættelsessteder"
Ud over adsorption er biochars ru og porøse overflade et ideelt vedhæftningssted for mikroorganismer. Mikroorganismer kan "sætte sig" på biokullet og danne en biofilm. Sammenlignet med mikroorganismer, der "driver" i væsken, har biofilmsamfund dannet af vedhæftet vækst sædvanligvis stærkere organisering og tolerance over for eksterne miljøbelastninger (såsom høje koncentrationer af inhibitorer).
Ved at stille disse "bopladser" til rådighed, hjælper biochar mikroorganismer bedre med at tilpasse sig og modstå ugunstige miljøer, ved at opretholde højere biomasse og aktivitet og derved fremme den stabile udvikling af brintproduktionsprocessen. Dette kaldes mikrobiel immobilisering eller cellekolonisering.
