Srž biološkog procesa čini bakterija Thermoanaerobacter kivui (T. kivui). Bakterija živi u središnjoj Africi, duboko u mulju jezera Kivu, daleko od svjetla i kisika. Prirodno ima poseban enzim koji joj omogućuje pretvaranje vodika (H2) i ugljikova dioksida (CO2) u mravlju kiselinu (CH2O2) i obrnuto.
Ovo svojstvo temeljito je istražio tim koji vodi prof. dr. Volker Müller, voditelj odjela „Molekularna mikrobiologija i bioenergetika” na Goetheovu sveučilištu u Frankfurtu, s kojim Festo blisko surađuje na projektu.
Učinkovito skladištenje
Skladištenje i prijevoz vodika i danas je izazov. Uobičajene metode komprimiraju vodik pod visokim tlakom, ukapljuju ga pod iznimno niskim temperaturama ili ga kemijski pretvaraju. Svi su ti procesi energetski intenzivni i komplicirani.
Uz pomoć bakterije T. kivui vodik se može pretvoriti u mravlju kiselinu na temperaturama oko 65 °C i niskom tlaku od 1,5 bara, koja se može skladištiti i prevoziti uz relativno male napore.
Iako je riječ o biološkom procesu, ta se reakcija odvija brzo jer nije povezana s rastom stanica. Umjesto toga, bakterije se primjenjuju kao katalizatori: ne troše se i proces se može ponoviti bezbroj puta s dovoljno faza regeneracije – kao ciklus.
„Na sobnoj temperaturi zaustavlja se rast bakterije T. kivui. Stanice se u tim uvjetima mogu čuvati nekoliko godina i mogu se ponovno aktivirati u bilo kojem trenutku. To bi također omogućilo fleksibilnu upotrebu na zahtjev.”
Dr. Adrian Eilingsfeld, bionički projekti u Festu
Automatizacija složenih procesa
Ono što je prije bilo moguće samo u laboratoriju sada se uz BionicHydrogenBattery može postići u industrijski iskoristivim razmjerima. Mnogi proizvodi iz Festova portfelja osiguravaju automatizaciju vrlo složenih biotehnoloških procesa.
Na izložbi je instalirano ukupno 117 različitih vrsta Festovih proizvoda (što je 1089 dijelova). Novi modularni terminal ventila VTUX u kombinaciji sa sustavom automatizacije CPX-E upravlja velikim brojem ventila na malom prostoru. Medijski ventili VYKC iz našeg portfelja Lifetech osiguravaju nesmetan transport otopine viskozne biomase u bioreaktore i iz njih. Protok kroz filtre regulira se stisnim ventilima VZQA. Koračni motori EMMS-ST rade u kombinaciji s glavama pumpi kao peristaltička pumpa za precizno doziranje najmanjih volumena tekućine u naše reaktore. Senzor boja SOEC u kombinaciji sa supračesticama detektira čak i najmanje količine vodika.
Pouzdani procesi
Bakterije T. kivui anaerobne su, što znači da se razvijaju samo u odsutnosti kisika. U slučaju curenja u sustavu bakterije odmah umiru i stoga nisu opasne za ljude. Istodobno odsutnost kisika onemogućuje vodiku stvaranje zapaljive smjese. Sustav također sadržava samo male količine u bilo kojem trenutku.
Od vodika do mravlje kiseline – i natrag
Tijekom milijuna godina evolucije bakterije su optimizirale svoje metaboličke procese. Možemo iskoristiti njihove sposobnosti u kombinaciji s tehnologijom. Uz BionicHydrogenBattery mapiramo biološki proces u malom mjerilu koje sada možemo skalirati po želji zahvaljujući vlastitoj tehnologiji automatizacije.
- 1: Razmnožavanje bakterije T. kivui u optimiziranim uvjetima u bioreaktoru.
- 2: Vodik se proizvodi iz vode elektrolizom.
- 3: Bakterije pretvaraju CO2 i vodik u mravlju kiselinu.
- 4: Kiselina se ekstrahira i stavlja u spremnik.
- 5: Siguran prijevoz mravlje kiseline do mjesta rekonverzije.
- 6: Iste bakterije razgrađuju mravlju kiselinu te je vraćaju u njezine sastavne dijelove vodik i CO2.
- 7: Vodik se pretvara natrag u električnu energiju u gorivnoj ćeliji.
Održiva rješenja za budućnost
Biologizacija znači da više ne učimo samo od prirode, već radimo zajedno s njom. Na taj način omogućujemo ekološke inovacije i klimatski prihvatljiva rješenja za svijet sutrašnjice te pridonosimo poboljšanju kvalitete života sadašnjih i budućih generacija.
Energetski učinkovito i niskorizično skladištenje vodika uz pomoć bakterija nudi velik potencijal. Omogućuje nam da proizvodimo i skladištimo vodik kad ima dovoljno održivo proizvedene energije – na primjer ljeti ili u zemljama s puno vjetra i sunca – i da ga obnavljamo kad je potreban za proizvodnju energije.
„Kombiniranjem bakterija s tehnologijom možemo iskoristiti njihove sposobnosti. Na taj način ne učimo više samo od prirode, već radimo zajedno s njom.”
Sebastian Schrof, bionički projekti u Festu