生物学的プロセスの中核は細菌 Thermoanaerobacter kivui(T. kivui)です。この細菌は光や酸素から遠く離れた中央アフリカ、キブ湖の泥の奥深くに住んでいます。自然に水素(H2), 二酸化炭素(CO2)からギ酸(CH2O2)およびその逆を生成できる特別な酵素を持っています。
この特性は教授博士が率いるチームによって基礎的に研究されました。FrankfurtのGoethe大学の「分子微生物学と生体エネルギー学」部門の責任者であるDr. Volker MüllerはFestoと協力してこのプロジェクトに取り組んでいます。
効率的な保管
水素の貯蔵と輸送は今日でも課題となっています。一般的な方法は水素を高圧下で圧縮するか、極低温下で液化するか、化学的に変換する方法です。これらのプロセスはすべてエネルギーを大量に消費し、複雑です。
細菌 T. kivui の助けを借りて、水素は約 65 °C の温度と 1.5 bar の低圧でギ酸に変換され、比較的少ない労力で貯蔵と輸送が可能です。
これは生物学的なプロセスですが、細胞の成長とは関係がないため、この反応はすぐに起こります。むしろ、バクテリアは触媒のように使用されます。バクテリアは使い果たされず、サイクルの精神で十分な再生段階を経て必要に応じてプロセスを繰り返すことができます。
「室温ではT. kivui 細菌の増殖は停止します。細胞はこれらの条件下で数年間保存でき、いつでも再活性化できます。これにより、柔軟なオンデマンドの使用も可能になります。」
Dr. Adrian Eilingsfeld, FestoのBionic プロジェクト
複雑なプロセスの自動化
以前は実験室でのみ可能であったことが、BionicHydrogenBattery を使用して工業規模で実現できるようになりました。Festo ポートフォリオの多くの製品は非常に複雑なバイオテクノロジープロセスの自動化を保証します。
合計 117 種類の異なる Festo 製品が展示されています(部品数 1,089 個に相当)。新しいモジュラー VTUXバルブターミナル と オートメーション システム CPX-E の組み合わせはわずかなスペースで多数のバルブを制御します。当社の Lifetech ポートフォリオの メディア バルブ VYKC は粘性バイオマス溶液のバイオリアクターへの出入りのスムーズな輸送を保証します。フィルタを通過する流れは ピンチ バルブ VZQA で制御されます。最小量の液体をリアクターに正確に注入するために ステッピング モーター EMMS-ST がポンプ ヘッドと組み合わせて蠕動ポンプとして機能します。 カラーセンサ SOEC と超粒子の組み合わせにより、微量の水素も検出します。
安全なプロセス
細菌 T. kivui は嫌気性であり、酸素がない場合にのみ増殖します。システムに漏れが発生した場合、バクテリアは直ちに死滅するため、人体に危険を及ぼすことはありません。同時に、酸素が存在しないため、水素が発火性混合物を形成することができなくなります。さらに、システムには常に微量しか含まれていません。
水素からギ酸へ、そしてその逆へ
何百万年もの進化を経て、細菌は代謝プロセスを最適化してきました。テクノロジーと組み合わせることで、その能力を活用できます。BionicHydrogenBattery を使用して、生物学的プロセスを小規模にマッピングします。自動化テクノロジーのおかげで、希望に応じて拡張できるようになりました。
- 1: バイオリアクター内の最適化された条件下での細菌 T. kivui の繁殖。
- 2: 電気分解により水から水素が生成されます。
- 3: バクテリアが CO2を変換し、水素はギ酸になります。
- 4: 酸を抽出し、容器に入れます。
- 5: 再変換場所へのギ酸の安全な輸送。
- 6: 同じバクテリアがギ酸を分解して、その成分である水素とCO2に戻します。
- 7: 水素は燃料電池で電気エネルギーに変換されます。
将来に向けた持続可能なソリューション
生物学化とは私たちがもはや自然から学ぶだけでなく、自然と協力することを意味します。このようにして、私たちは明日の世界に向けた環境革新と気候に優しいソリューションを実現し、現在および将来の世代の生活の質の向上に貢献します。
バクテリアの助けを借りた、エネルギー効率が高くリスクの少ない水素の貯蔵には大きな可能性が秘められています。これにより、持続可能な方法で生成されたエネルギーが十分にあるとき(たとえば、夏や風と日差しが多い国)に水素を生成して貯蔵し、エネルギー生産に必要なときに回収することができます。
「細菌とテクノロジーを組み合わせることで、細菌の能力を活用することができます。したがって、私たちはもはや自然から学ぶだけでなく、自然と協力することになります。」
Sebastian Schrof、Festo のBionic プロジェクト