Applying machine learning and genetic algorithms accelerated for optimizing ethanol production

生产(经济) 计算机科学 机器学习 遗传算法 人工智能 算法 乙醇燃料 乙醇 化学 生物化学 经济 宏观经济学
作者
Xu Yang,Nianhua Chen,Hui Yu,Xinyue Liu,Yujie Feng,Defeng Xing,Yushi Tian
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:: 177027-177027
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.177027
摘要

Corn straws can produce bioethanol via simultaneous saccharification and co-fermentation (SSCF). However, identifying optimal combinations of operating parameters from numerous possibilities through a cost-effective strategy to improve SSCF efficiency and yield remains challenging. The eXtreme Gradient Boost (XGB) and deep neural network (DNN) models were constructed to accurately predict ethanol yield from only five input variables, achieving >83 % accuracy. Subsequently, the XGB and the DNN models were merged with the genetic algorithm (GA) as the new optimization strategies. Experimental validation showed that the new strategy optimize the efficiency and yield of the SSCF ethanol production system quickly and accurately. Moreover, the potential optimization mechanism was investigated through the comprehensive interpretability analysis for XGB and the microbial ecology analysis. Enzyme Solution Volume (61.7 %) dominated, followed by time (12.9 %), substrate concentration (10.4 %), temperature (7.7 %), and inoculum volume (7.3 %). This efficient and accurate algorithm design strategy can significantly reduce the time required to optimize biochemical systems.
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