O núcleo do processo biológico é a bactéria Thermoanaerobacter kivui (T. kivui). Seu habitat natural é o Lago Kivu, na África central, onde ela se reproduz longe da luz e do oxigênio. Essa bactéria possui uma enzima especial que a torna capaz de converter hidrogênio (H2) e dióxido de carbono (CO2) em ácido fórmico (CH2O2) e vice-versa.
Essa propriedade foi investigada extensivamente pela equipe do Prof. Dr. Volker Müller, chefe do departamento de "Microbiologia Molecular e Bioenergética" da Universidade Goethe de Frankfurt, com quem a Festo está trabalhando em estreita colaboração no projeto.
Armazenamento eficiente
O armazenamento e o transporte de hidrogênio continuam sendo um desafio até hoje. Os métodos comuns envolvem a compressão do hidrogênio sob alta pressão, sua liquefação a temperaturas extremamente baixas ou a conversão química. Todos esses métodos consomem muita energia e são complicados.
Com a ajuda da bactéria T. kivui, é possível converter hidrogênio em ácido fórmico a temperaturas de cerca de 65 °C e a uma baixa pressão de 1,5 bar, o qual pode ser armazenado e transportado com relativamente pouco esforço.
Embora seja um processo biológico, essa reação ocorre rapidamente porque não está ligada ao crescimento celular. As bactérias são usadas mais como catalisadores: por não serem consumidas, o processo pode ser repetido quantas vezes forem necessárias com fases de regeneração suficientes, como um ciclo.
"Em temperatura ambiente, o crescimento da bactéria T. kivui é interrompido. Sob essas condições, as células podem ser armazenadas por vários anos e reativadas a qualquer momento. Isso também permite um uso flexível, sempre que necessário."
Dr. Adrian Eilingsfeld, Projetos Biônicos da Festo
Automação de processos complexos
O que antes só era possível em laboratório pode ser realizado agora em escala industrial com a BionicHydrogenBattery. Muitos produtos do portfólio da Festo são usados para automatizar os processos biotecnológicos altamente complexos.
Um total de 117 tipos diferentes de produtos Festo (correspondendo a 1.089 peças) estão instalados na exposição. Por exemplo, o novo terminal de válvulas VTUX modular em combinação com o sistema de automação CPX-E controla um grande número de válvulas com pouca demanda de espaço. O transporte contínuo da solução viscosa de biomassa para dentro e para fora dos biorreatores é garantido pelas válvulas para meios fluidos VYKC do nosso portfólio Lifetech. A vazão através dos filtros é regulada por válvulas de conexão VZQA. Para a dosagem precisa de volumes ínfimos de líquido em nossos reatores, os motores de passo EMMS-ST funcionam em combinação com cabeçotes de bomba como bombas peristálticas. Um sensor de cores SOEC detecta até mesmo quantidades muito pequenas de hidrogênio em combinação com suprapartículas.
Processos seguros
As bactérias T. kivui são anaeróbicas, ou seja, desenvolvem-se exclusivamente na ausência de oxigênio. No caso de um vazamento no sistema, as bactérias morrem imediatamente e, portanto, não representam risco para os seres humanos. Ao mesmo tempo, a ausência de oxigênio impede que o hidrogênio forme uma mistura inflamável. Além disso, o sistema contém apenas quantidades muito pequenas de hidrogênio durante todo o processo.
Do hidrogênio ao ácido fórmico - e vice-versa
Ao longo de milhões de anos de evolução, as bactérias otimizaram seus processos metabólicos. Podemos utilizar suas habilidades combinando-as com a tecnologia. Com a BionicHydrogenBattery, replicamos o processo biológico em pequena escala, que agora podemos ampliar conforme necessário graças à nossa tecnologia de automação.
- 1: Multiplicação da bactéria T. kivui em condições otimizadas em um biorreator.
- 2: O hidrogênio é produzido a partir da água por eletrólise.
- 3: As bactérias convertem o CO2 e o hidrogênio em ácido fórmico.
- 4: O ácido é extraído e despejado em um reservatório.
- 5: Transporte seguro do ácido fórmico para o local de reconversão.
- 6: As mesmas bactérias decompõem o ácido fórmico em seus componentes hidrogênio e CO2.
- 7: O hidrogênio é convertido novamente em energia elétrica em uma célula de combustível.
Soluções sustentáveis para o futuro
Biologização significa que não só aprendemos com a natureza, mas também trabalhamos junto com ela. Dessa forma, possibilitamos inovações ecológicas e soluções favoráveis ao clima para o mundo de amanhã e contribuímos para melhorar a qualidade de vida das gerações atuais e futuras.
O armazenamento de hidrogênio com eficiência energética e baixo risco, com a ajuda de bactérias, oferece um grande potencial ao permitir que o hidrogênio seja produzido e estocado quando houver energia suficiente gerada de forma sustentável, por exemplo, no verão ou em países com muito vento e sol, e depois recuperado, quando for necessário para a geração de energia.
"Ao combinar bactérias com tecnologia, podemos utilizar seus recursos. Assim, não só aprendemos com a natureza, mas também trabalhamos junto com ela.
Sebastian Schrof, Projetos Biônicos da Festo