O principal elemento do processo biológico é a bactéria Thermoanaerobacter kivui (T. kivui). A bactéria vive nas profundezas da lama do lago Kivu, na África Central, distante da luz e do oxigénio. Possui de forma natural uma enzima especial que lhe permite combinar o hidrogénio (H2) e o dióxido de carbono (CO2) em ácido fórmico (CH2O2) e vice-versa.
Esta propriedade foi investigada fundamentalmente pela equipa liderada pelo Prof. Dr. Volker Müller, chefe do departamento de "Microbiologia Molecular e Bioenergética" da Universidade Goethe de Frankfurt, com quem a Festo colabora estreitamente no projeto.
Armazenamento eficiente
O armazenamento e o transporte de hidrogénio continuam a ser um desafio atualmente. Os métodos comuns comprimem o hidrogénio em alta pressão, liquefazem-no a temperaturas extremamente baixas ou convertem-no quimicamente. Todos estes processos consomem muita energia e são complicados.
Com a ajuda da bactéria T. kivui, é possível converter o hidrogénio a temperaturas de cerca de 65 °C e a uma baixa pressão de 1,5 bar em ácido fórmico, que pode ser armazenado e transportado com relativa facilidade.
Embora se trate de um processo biológico, esta reação ocorre rapidamente porque não tem relação com o crescimento celular. As bactérias são utilizadas como catalisadores: não se esgotam e o processo pode ser repetido tantas vezes quantas as necessárias com suficientes fases de regeneração suficientes, como se fosse um circuito fechado.
"À temperatura ambiente, o crescimento da bactéria T. kivui é interrompido. Nestas condições, as células podem ser armazenadas durante vários anos e reativadas em qualquer altura. Isto também permitiria, se necessário, uma utilização flexível".
Dr. Adrian Eilingsfeld, Bionic Projects na Festo
Automação de processos complexos
O que antes só era possível em laboratório, agora pode tornar-se realidade à escala industrial com a BionicHydrogenBattery. Muitos produtos da gama da Festo são utilizados na automação de processos biotecnológicos extremamente complexos.
Um total de 117 tipos de produtos da Festo (correspondentes a 1.089 peças) estão instalados na exposição. Por exemplo, o novo terminal de válvulas VTUX modular, em conjunto com o sistema de automatização CPX-E, controla um grande número de válvulas ocupando pouco espaço. As válvulas para fluidos VYKC da nossa gama de produtos LifeTech encarregam-se do transporte cuidadoso da solução viscosa de biomassa dentro e fora dos biorreatores. O fluxo que passa pelos filtros é regulado com válvulas de manga flexível VZQA. Para dosear com precisão os volumes mais pequenos de líquido nos nossos reatores, os motores de passo EMMS-ST funcionam em conjunto com cabeçotes de bomba, como bombas peristálticas. Um sensor de cores SOEC em conjunto com super partículas detecta até as quantidades mais pequenas de super partículas.
Processos seguros
A bactéria T. kivui é anaeróbia, ou seja, desenvolve-se exclusivamente na ausência de oxigénio. Em caso de fuga no sistema, as bactérias morrem imediatamente. Portanto, não representam qualquer risco para o ser-humano. Ao mesmo tempo, a ausência de oxigénio impossibilita que o hidrogénio forme uma mistura inflamável. Além disso, o sistema só contém quantidades muito pequenas de cada vez.
Do hidrogénio ao ácido fórmico e vice-versa
Ao longo de milhões de anos de evolução, as bactérias otimizaram os seus processos metabólicos. Podemos aproveitar as suas competências combinando-as com a tecnologia. Com a BionicHydrogenBattery, reproduzimos o processo biológico em pequena escala, que agora podemos expandir como pretendido graças à nossa tecnologia de automação.
- 1: Multiplicação da bactéria T. kivui em condições otimizadas num biorreator.
- 2: O hidrogénio é produzido a partir da água por eletrólise.
- 3: As bactérias convertem o CO2 e o hidrogénio em ácido fórmico.
- 4: O ácido é extraído e vertido para um depósito.
- 5: Transporte seguro do ácido fórmico para o local de reconversão.
- 6: As mesmas bactérias voltam a decompor o ácido fórmico nos seus componentes hidrogénio e CO2.
- 7: O hidrogénio é convertido novamente em energia elétrica numa célula de combustível.
Soluções sustentáveis para o futuro
Biologização significa que já não só aprendemos da natureza, mas que trabalhamos com ela. Deste modo, possibilitamos inovações ecológicas e soluções amigas do ambiente para o mundo do futuro e contribuímos para melhorar a qualidade de vida das gerações atuais e futuras.
O sistema de armazenamento energeticamente eficiente e de baixo risco de hidrogénio com a ajuda de bactérias oferece aqui um grande potencial. Permite-nos produzir e armazenar hidrogénio quando existe energia suficiente gerada de forma sustentável - por exemplo, no verão ou em países com muito vento e sol - e recuperá-lo quando é necessário para a geração energética.
"Ao combinar bactérias com tecnologia, podemos aproveitar as suas capacidades. Isto significa que não só aprendemos da natureza, mas trabalhamos com ela".
Sebastian Schrof, Bionic Projects na Festo