В основата на биологичния процес е бактерията Thermoanaerobacter kivui (T. kivui). Бактерията живее в Централна Африка, дълбоко в тинята на езерото Киву, далеч от светлина и кислород. Тя естествено притежава специален ензим, който й позволява да преобразува водород (H2) и въглероден двуокис (CO2) в мравчена киселина (CH2O2) и обратното.
Това свойство е основно изследвано от екипа, ръководен от проф. д-р Фолкер Мюлер, ръководител на катедра "Молекулярна микробиология и био-енергетика" в университета Гьоте във Франкфурт, с когото Festo работи в тясно сътрудничество по проекта.
Ефективно съхранение
Съхранението и транспортирането на водород и до днес остава предизвикателство. Общите методи са компресиране на водорода под високо налягане, втечняването му при изключително ниски температури или химическото му преобразуване. Всички тези методи са енергоемки и сложни.
С помощта на бактерии T. kivui е възможно водородът да се преобразува при температури от около 65 °C и ниско налягане от 1,5 бара в мравчена киселина, която може да се съхранява и транспортира със сравнително малко усилия.
Въпреки че става въпрос за биологичен процес, тази реакция протича бързо, тъй като не е свързана с растежа на клетките. Бактериите се използват по-скоро като катализатори: Те не се изчерпват и процесът може да се повтаря толкова често, колкото е необходимо, с достатъчно фази на регенерация – в смисъл на циркулация.
"При стайна температура растежът на бактерията T. kivui спира. При такива условия клетките могат да бъдат съхранявани в продължение на години и да бъдат активирани отново по всяко време. Това ще позволи и гъвкаво използване при поискване."
д-р Адриан Ейлингсфелд, бионични проекти във Festo
Автоматизация на сложни процеси
Това, което досега е било възможно само в лабораторни условия, сега може да се реализира в промишлен мащаб с BionicHydrogenBattery. Много продукти от портфолиото на Festo се използват за автоматизиране на изключително сложните био-технологични процеси.
В експозицията са инсталирани общо 117 различни типа продукти на Festo (съответстващи на 1089 части). Например новият модулен вентилен остров VTUX в комбинация със системата за автоматизация CPX-E контролира голям брой разпределители с малка площ. Безпроблемното транспортиране на вискозния разтвор на биомаса във и извън биореакторите се осигурява от разпределителите на агенти VYKC от нашето портфолио Lifetech. Дебитът през филтрите се регулира с Pinch - вентили VZQA. За прецизно дозиране на най-малките обеми течност в нашите реактори стъпковите мотори EMMS-ST работят в комбинация с помпени глави като перисталтични помпи. Сензорът за цветове SOEC открива дори най-малките количества водород в комбинация със супер частици.
Сигурни процеси
Бактериите T. kivui са анаеробни, т.е. развиват се изключително в отсъствие на кислород. В случай на теч в системата бактериите загиват незабавно и следователно не представляват риск за хората. В същото време липсата на кислород не позволява на водорода да образува запалителна смес. Освен това системата съдържа само много малки количества от него във всеки един момент.
От водород до мравчена киселина – и обратно
В продължение на милиони години еволюция бактериите са оптимизирали метаболитните си процеси. Можем да използваме техните умения, като ги съчетаем с технологиите. С BionicHydrogenBattery възпроизвеждаме биологичния процес в малък мащаб, който сега можем да увеличим според нуждите благодарение на нашата технология за автоматизация.
- 1: Размножаване на бактерии T. kivui при оптимизирани условия в биореактор.
- 2: Водородът се произвежда от вода посредством електролиза.
- 3: Бактериите преобразуват CO2 и водород в мравчена киселина.
- 4: Киселината се извлича и се излива в съд.
- 5: Безопасно транспортиране на мравчената киселина до мястото на обратно преобразуване.
- 6: Същите бактерии разграждат мравчената киселина обратно на нейните съставни части водород и CO2.
- 7: Водородът се преобразува обратно в електрическа енергия в горивна клетка.
Устойчиви решения за бъдещето
Биологизация означава: Ние вече не просто се учим от природата, а работим заедно с нея. По този начин даваме възможност за екологични иновации и благоприятни за климата решения за утрешния свят и допринасяме за подобряване на качеството на живот на настоящите и бъдещите поколения.
Енергийно ефективното и съхранение с нисък риск на водород с помощта на бактерии има голям потенциал. То ни позволява да произвеждаме и съхраняваме водород, когато има достатъчно устойчиво генерирана енергия – например през лятото или във ветровити и слънчеви страни – и да го възстановяваме, когато е необходим за производство на енергия.
"Като комбинираме бактериите с технологиите, можем да използваме техните възможности. Това означава, че вече не просто се учим от природата, а работим заедно с нея.
Себастиан Шроф, бионични проекти във Festo