A biológiai folyamat kulcsa a Thermoanaerobacter kivui (T. kivui) baktérium. A baktérium Közép-Afrikában él, a Kivu-tó iszapjának mélyén, távol a fénytől és az oxigéntől. Természetes módon rendelkezik egy speciális enzimmel, amely lehetővé teszi, hogy hidrogént (H2) és szén-dioxidot (CO2) hangyasavvá (CH2O2) alakítsa át és fordítva.
Ezt a tulajdonságot alapvetően a Prof. Dr. Volker Müller, a frankfurti Goethe Egyetem "Molekuláris mikrobiológia és bioenergetika" tanszékének vezetője által vezetett csapat kutatta ki, akivel a Festo szorosan együttműködik a projektben.
Hatékony tárolás
A hidrogén tárolása és szállítása mind a mai napig kihívást jelent. Az elterjedt módszerek a hidrogént nagy nyomáson sűrítik, rendkívül alacsony hőmérsékleten cseppfolyósítják vagy kémiai úton alakítják át. Mindezek a folyamatok energiaigényesek és bonyolultak.
A T. kivui baktérium segítségével a hidrogént 65 °C körüli hőmérsékleten és alacsony, 1,5 bar nyomáson hangyasavvá lehet alakítani, amely viszonylag kis erőfeszítéssel tárolható és szállítható.
Bár ez egy biológiai folyamat, viszont a reakció gyorsan zajlik, mivel nem kapcsolódik a sejtnövekedéshez. Ehelyett a baktériumokat katalizátorként használják: nem használódnak el, és a folyamat a megfelelő regenerációs fázisokkal - mint egy ciklusban - annyiszor ismételhető, ahányszor csak szükséges.
"Szobahőmérsékleten a T. kivui baktérium növekedése leáll. Ilyen körülmények között a sejtek több évig tárolhatók, és bármikor újra aktiválhatók. Ez lehetővé tenné a rugalmas készenléti bevetést is."
Dr. Adrian Eilingsfeld, a Festo bionikai projektjei
Komplex folyamatok automatizálása
Ami korábban csak laboratóriumban volt lehetséges, az most már ipari méretekben is megvalósítható a BionicHydrogenBattery segítségével. A Festo portfóliójának számos termékét a rendkívül összetett biotechnológiai folyamatok automatizálására használják.
A kiállításon összesen 117 különböző Festo terméktípus (ami 1089 alkatrésznek felel meg) van felszerelve. Például az új moduláris VTUX szelepsziget a CPX-E automatizálási rendszerrel kombinálva nagyszámú szelepet vezérel kis helyigény mellett. A viszkózus biomasszaoldat zökkenőmentes szállítását a bioreaktorokba és onnan ki a Lifetech portfóliójából származó VYKC közegszelepek biztosítják. A szűrőkön keresztül történő áramlás szabályozása a VZQA tömlőszelepekkel történik. A legkisebb folyadékmennyiségek reaktorainkba történő precíz adagolásához az EMMS-ST léptetőmotorok perisztaltikus szivattyúszivattyúként működnek a szivattyúfejekkel kombinálva. A SOEC színérzékelő a legkisebb mennyiségű hidrogént is érzékeli a szuper részecskékkel együtt.
Biztonságos folyamatok
A T. kivui baktériumok anaerobok, azaz kizárólag oxigén hiányában élnek. Ha a rendszerben szivárgás keletkezik, a baktériumok azonnal elpusztulnak, és ezért nem jelentenek kockázatot az emberre. Ugyanakkor az oxigén hiánya lehetetlenné teszi, hogy a hidrogén gyúlékony keveréket képezzen. Ráadásul a rendszer egyszerre csak nagyon kis mennyiségben tartalmaz belőle.
A hidrogéntől a hangyasavig - és vissza
Az evolúció évmilliói során a baktériumok optimalizálták anyagcsere-folyamataikat. Képességeiket a technológiával kombinálva tudjuk hasznosítani. A BionicHydrogenBattery-vel a biológiai folyamatot kis léptékben reprodukáljuk, amelyet az automatizálási technológiánknak köszönhetően szükség szerint növelni tudunk.
- 1: T. kivui baktériumok szaporítása optimalizált körülmények között a bioreaktorban.
- 2: A vízből hidrogén előállítása elektrolízissel.
- 3: A baktériumok a CO2-t és a hidrogént hangyasavvá alakítják.
- 4: A savat kivonjuk és egy tartályba öntjük.
- 5: A hangyasav biztonságos szállítása a visszaalakítás helyére.
- 6: Ugyanezek a baktériumok bontják vissza a hangyasavat hidrogénre és CO2-re.
- 7: A hidrogént egy üzemanyagcellában elektromos energiává alakítják vissza.
Fenntartható megoldások a jövő számára
A biologizáció azt jelenti, hogy már nem csak tanulunk a természettől, hanem együtt dolgozunk vele. Így lehetővé tesszük az ökológiai innovációkat és az éghajlatbarát megoldásokat a jövő világa számára, és hozzájárulunk a jelen és a jövő generációk életminőségének javításához.
A hidrogén baktériumok segítségével történő energiatakarékos és alacsony kockázatú tárolása nagy lehetőségeket rejt magában. Ez lehetővé teszi, hogy hidrogént állítsunk elő és tároljunk, amikor elegendő fenntarthatóan termelt energia áll rendelkezésre - például nyáron vagy a szeles és napos országokban -, és visszanyerjük, amikor áramtermeléshez szükséges.
"A baktériumok és a technológia kombinálásával kihasználhatjuk képességeiket. Ez azt jelenti, hogy már nem csak tanulunk a természettől, hanem együtt dolgozunk a természettel.
Sebastian Schrof, Bionikus projektek a Festo-nál
Ez a projekt a Bionic Learning Network része – ahol a természet találkozik a technológiával.
Intézetekkel, egyetemekkel és partnereinkkel együttműködve kutatjuk a biológiai alapelveket, hogy innovatív ötleteket és megoldásokat fejlesszünk ki az automatizálási technológia és a műszaki oktatás területén, amelyek a fő tevékenységi körünket képezik. Tudjon meg többet a Bionic Learning Networkről, vagy fedezzen fel további érdekes témákat a Festo-val kapcsolatban a blogunkon.