Jádrem biologického procesu jsou bakterie Thermoanaerobacter kivui (T. kivui). Bakterie žijí ve střední Africe, hluboko v bahně jezera Kivu, daleko od světla a kyslíku. Přirozeně má speciální enzym, který jí umožňuje přetvářet vodík (H2) a oxid uhličitý (CO2) na kyselinu mravenčí (CH2O2) a naopak.
Tuto vlastnost zásadně prozkoumal tým, který vedl Prof. Dr. Volker Müller, vedoucí oddělení „Molekulární mikrobiologie a bioenergetika“ na Goethe University Frankfurt, se nímž na projektu těsně spolupracujeme.
Efektivní skladování
Skladování a přeprava vodíku dosud představuje výzvu. Běžné metody stlačují vodík pod vysokým tlakem, zkapalňují jej při extrémně nízkých teplotách nebo jej chemicky přeměňují. Všechny tyto procesy jsou energeticky náročné a komplikované.
Pomocí bakterií T. kivui lze při teplotách kolem 65 °C a nízkém tlaku 1,5 baru přeměnit vodík na kyselinu mravenčí, která se relativně snadno skladuje a přepravuje.
Přestože se jedná o biologický proces, probíhá rekce rychle, protože není spojena s růstem buněk. Bakterie se spíše používají jako katalyzátory: nejsou spotřebovány a proces lze libovolně opakovat s dostatkem regeneračních fází – v duchu cyklu.
„Při pokojové teplotě se růst bakterií T. kivui zastaví. Buňky lze za těchto podmínek skladovat několik let a lze je kdykoliv znovu aktivovat. Využití by mohlo být velmi přizpůsobivé a na vyžádání.“
Dr. Adrian Eilingsfeld, Bionic Projects ve společnosti Festo
Automatizace komplexních postupů
To, co bylo dříve možné pouze v laboratoři, lze nyní s BionicHydrogenBattery dosáhnout v průmyslovém měřítku. Mnoho výrobků z portfolia Festo se podílí na automatizaci velmi komplexních biotechnologických procesů.
V expozici je instalováno celkem 117 různých typů výrobků Festo (celkem 1 089 dílů). Nový modulární ventilový terminál VTUX v kombinaci s automatizačním systémem CPX-E řídí velké množství ventilů s malými nároky na prostor. Ventily VYKC s oddělením média, která jsou částí sortimentu Lifetech, zajišťují hladkou dopravu viskózního roztoku biomasy do bioreaktorů a z nich. Průtok přes filtry je regulován prostřednictvím hadicových ventilů VZQA. Pro přesné dávkování nejmenších objemů kapalin do reaktorů pracují krokové motory EMMS-ST v kombinaci s hlavami čerpadel jako peristaltické čerpadlo. Čidla barev SOEC v kombinaci se supračásticemi detekují i ta nejmenší množství vodíku.
Spolehlivé procesy
Bakterie T. kivui jsou anaerobní, což znamená, že se jim daří pouze v nepřítomnosti kyslíku. V případě netěsnosti v systému bakterie okamžitě umírají, a proto nepředstavují pro člověka žádné riziko. Nepřítomnost kyslíku zároveň znemožňuje vodíku vytvořit zápalnou směs. Kromě toho systém obsahuje vždy pouze nepatrná množství.
Od vodíku po kyselinu mravenčí – a zpět
Během milionů let evoluce bakterie optimalizovaly své metabolické procesy. Můžeme využít jejich schopnosti tím, že je zkombinujeme s technologií. S baterií BionicHydrogenBattery vytváříme v malém měřítku biologický proces, který můžeme podle potřeby odstupňovat do různých velikostí díky automatizační technologii Festo.
- 1: Propagace bakterií T. kivui za optimalizovaných podmínek v bioreaktoru.
- 2: Vodík se vyrábí z vody elektrolýzou.
- 3: Bakterie přeměňují CO2 a vodík na kyselinu mravenčí.
- 4: Kyselina se extrahuje a umístí do nádoby.
- 5: Bezpečná doprava kyseliny mravenčí na místo přeměny.
- 6: Stejné bakterie rozkládají kyselinu mravenčí zpět na její složky vodík a CO2.
- 7: Vodík se v palivovém článku přemění zpět na elektrickou energii.
Udržitelná řešení pro budoucnost
Biologizace znamená: qod přírody se již nejen učíme, ale spolupracujeme s ní. Umožňujeme ekologické inovace a postupy šetrné ke klimatu pro svět zítřka a přispíváme ke zlepšení kvality života současných i budoucích generací.
Velký potenciál nabízí energeticky efektivní skladování vodíku bez rizik pomocí bakterií. Umožňuje nám vyrábět a skladovat vodík, je-li dostatek udržitelně vyráběné energie – například v létě nebo v zemích s velkým množstvím větru a slunečního svitu – a získávat ho, když je potřeba pro výrobu energie.
„Kombinací bakterií s technologií můžeme využít jejich schopnosti. Už se tedy od přírody nejen učíme, ale spolupracujeme s ní.“
Sebastian Schrof, Bionic Projects ve společnosti Festo