A busca por fontes alternativas de combustíveis visando substituir as matrizes energéticas não renováveis é um tópico altamente relevante e amplamente abordado em pesquisas científicas recentes. A produção biológica de hidrogênio (biohidrogênio-bioH₂) a partir de águas residuárias via processos fermentativos é considerada uma estratégia promissora para substituir as matrizes fósseis nas próximas décadas, além de consistir em um carreador energético renovável capaz de amenizar o aquecimento global. Por mais que a capacidade dos processos fermentativos voltados para a produção de hidrogênio a partir de resíduos orgânicos esteja amplamente relatada na literatura científica, é possível acessar lacunas relacionadas à dinâmica de crescimento e retenção de biomassa em reatores de leito fixo, os quais são fatores fundamentais para o sucesso ou falha do processo. Estudos recentes revelaram lacunas relacionadas à finalidade do leito em reatores de filme-fixo e sua influência na produção de hidrogênio via processos fermentativos, dado o papel pivotante da porção basal do reator na conversão de substrato fresco e no estabelecimento de rotas metabólicas precursoras de bioH₂. O objetivo deste estudo foi avaliar a influência de diferentes arranjos de imobilização de células (bem como sua ausência) na retenção e lavagem da biomassa e seus efeitos na evolução do bioH₂ e nos perfis metabólicos de um reator anaeróbio tubular (AnTR, o qual não inclui material de suporte), um reator anaeróbio de leito-fixo estruturado (AnSTBR, que inclui material de suporte disposto em um padrão ordenado) e um reator anaeróbio de leito-fixo empacotado (AnPBR, o qual considerou material suporte disposto em um padrão desordenado) operados em condições operacionais equivalentes na câmara de alimentação. A maior produção de bioH₂ foi alcançada no AnSTBR (743,25 mL-H₂ L^-1 d^-1) em comparação com o AnPBR (662,04 mL-H₂ L^-1 d^-1) e o AnTR (586,22 mLH₂ L^-1 d^-1). No caso do AnSTBR, ocorreu um consumo maciço de carboidratos na câmara de alimentação e no início da zona de leito, ambos compreendendo uma intensa atividade metabólica em comparação com as regiões superiores. Por outro lado, esse padrão foi restrito à câmara de alimentação do AnPBR, enquanto uma fonte alternativa de atividade láctica ocorreu na zona do leito. De modo geral, a presença de material suporte na zona do leito demonstrou ser imperativa para garantir uma retenção adequada de biomassa em termos quanti-qualitativos em oposição à ausência de leito fixo, influenciando a distribuição de biomassa, a conversão específica de substrato, a produção de bioH₂ e as rotas metabólicas estabelecidas.

The search for alternative sources of fuels aiming to replace non-renewable energy matrices is a highly relevant topic extensively addressed in recent scientific research. The biological production of hydrogen (biohydrogen-bioH₂) from wastewater from fermentative processes is considered a promising strategy to substitute fossil matrices in the coming decades, besides being a renewable energy carrier capable of mitigating global warming. Despite the widely reported capacity of fermentative processes for hydrogen production from organic waste in scientific literature, there are still gaps concerning the dynamics of biomass growth and retention in fixed-film reactors, which are key factors for the success or failure of the process. Recent studies have revealed gaps related to the bed purpose in fixed-film reactors and its influence on biohydrogen (bioH₂) evolution via dark fermentation, given the pivotal role of the basal portion (i.e., feeding chamber) in converting fresh substrate and establishing bioH₂ precursor metabolic pathways, which is opposed to that observed in the bed zone. This study aimed to assess the influence of different cell immobilization arrangements (as well as its absence) on biomass retention and washout and their effects on bioH₂ evolution and metabolic profiles of an anaerobic tubular reactor (AnTR, which does not include support material), an anaerobic structured-bed reactor (AnSTBR, which includes support material laid out in an orderly pattern) and an anaerobic packed-bed reactor (AnPBR, which considers support material laid out in a disorderly pattern) operated under equivalent operating conditions in the feeding chamber. Higher bioH₂ evolution was achieved in the AnSTBR (743.25 mL-H₂ L^-1 d^-1) compared to the AnPBR (662.04 mL-H₂ L^-1 d^-1) and AnTR (586.22 mL-H₂ L^-1 d^-1). For the former, a massive carbohydrateuptake occurred in the feeding chamber and at the beginning of the bed zone, both comprising an intense metabolic activity versus the upper regions. Conversely, this pattern was restricted to the AnPBR feeding chamber, while an alternative source of lactic activity occurred in the bed zone. Overall, the presence of media in the bed zone proved to be imperative to ensure suitable biomass retention in quanti-qualitative terms in opposition to no-bed, influencing biomass distribution, specific substrate conversion, bioH₂ evolution and metabolic pathways.