Srž biološkog procesa je bakterija Thermoanaerobacter kivui (T. kivui). Bakterija živi u Centralnoj Africi, duboko u blatu jezera Kivu, daleko od svetlosti i kiseonika. Prirodno sadrži enzim koji joj omogućava da pretvara vodonik (H2) i ugljen-dioksid (CO2) u mravlju kiselinu (CH2O2) i obrnuto.
Ovo svojstvo je temeljno istražio tim koji je predvodio prof. dr Volker Müller, šef odeljenja „Molekularna mikrobiologija i bioenergetika“ na Geteovom univerzitetu u Frankfurtu, sa kojim Festo blisko sarađuje na projektu.
Efikasno skladištenje
Skladištenje i transport vodonika predstavljaju i danas izazov. Uobičajene metode komprimuju vodonik pod visokim pritiskom, pretvaraju ga u tečnost pri ekstremno niskim temperaturama ili ga hemijski pretvaraju. Sve ove metode su energetski zahtevne i složene.
Pomoću bakterija T. kivui, moguće je pretvaranje vodonika u mravlju kiselinu – koja se uz relativno malo napora može skladištiti i transportovati – pri temperatura od oko 65 °C i niskim pritiskom od 1,5 bara.
Iako je reč o biološkom procesu, ova reakcija se odvija brzo jer nije povezana sa rastom ćelija. Umesto toga, bakterije se koriste kao katalizatori: Ne troše se i proces se može ponoviti po želji uz dovoljno faza regeneracije – u duhu ciklusa.
„Na sobnoj temperaturi, rast bakterije T. kivui se zaustavlja. Pod ovim uslovima, moguće je dugogodišnje skladištenje ćelija i ponovno aktiviranje u bilo kom trenutku. Time se omogućava i fleksibilna upotreba na zahtev.“
Dr Adrian Eilingsfeld, Bionic Projects kompanije Festo
Automatizacija složenih procesa
Ono što je do sada bilo moguće samo u laboratoriji, moguće je uz BionicHydrogenBattery u industrijski upotrebljivom obimu. Za automatizaciju visokosloženih, biotehničkih procesa, odgovorni si mnogi proizvodni iz Festo asortimana.
Na izložbi je postavljeno ukupno 117 različitih tipova Festo proizvoda (što odgovara 1.089 delova). Na ovaj način, novo modularno ventilsko ostrvo VTUX u kombinaciji sa sistemom za automatizaciju CPX-E upravlja mnogobrojnim ventilima na malom prostoru. Ventili za medije VYKC iz našeg Lifetech asortimana obezbeđuju nesmetani transport viskoznog rastvora biomase u bioreaktore i iz njih. Stisni ventili VZQA regulišu protok kroz filtere. Za precizno doziranje najmanjih zapremina tečnosti u naše reaktore, koračni motori EMMS-ST rade u kombinaciji sa glavama pumpe kao peristaltičke pumpe. Senzor boje SOEC detektuje u kombinaciji sa supračesticama najmanje količine vodonika.
Pouzdani procesi
Bakterije T. kivui su anaerobne, što znači da uspevaju samo pri odsustvu kiseonika. U slučaju curenja u sistemu, bakterije odmah umiru, pa tako ne predstavljaju opasnost za čoveka. U isto vreme, odsustvo kiseonika onemogućava da vodonik formira zapaljivu smešu. Pored toga, sistem sadrži samo veoma male količine u bilo kom trenutku.
Od vodonika do mravlje kiseline – i nazad
Tokom miliona godina evolucije, bakterije su optimizovale svoje metaboličke procese. Njihove sposobnosti možemo iskoristiti tako što ćemo ih kombinovati sa tehnologijom. Uz BionicHydrogenBattery, repliciramo biološki proces u malom obimu, koji sada možemo skalirati po potrebi zahvaljujući našoj tehnologiji automatizacije.
- 1: Razmnožavanje bakterija T. kivui pod optimalnim uslovima u bioreaktoru.
- 2: Vodnik se stvara iz vode pomoću elektrolize.
- 3: Bakterije pretvaraju CO2 i vodonik u mravlju kiselinu.
- 4: Kiselina se ekstrahuje i puni u rezervoar.
- 5: Bezbedan transport mravlje kiseline do mesta ponovnog pretvaranja.
- 6: Iste bakterije ponovo razgrađuju mravlju kiselinu u njene sastavne delove vodonik CO2.
- 7: Vodonik se u gorivnoj ćeliji ponovo pretvara u energiju.
Održiva rešenja za budućnost
Biologizacija znači: Ne učimo samo od prirode, već i radimo zajedno sa njom. Tako omogućavamo ekološke inovacije i klimatski prihvatljiva rešenja za svet sutrašnjice i doprinosimo poboljšanju kvaliteta života sadašnjih i budućih generacija.
Pri tome, energetski efikasno i niskorizično skladištenje vodonika pomoću bakterija pruža veliki potencijal. Omogućava nam da proizvodimo i skladištimo vodonik kada je na raspolaganju dovoljno održivo proizvedene energije – na primer leti ili u vetrovitim i sunčanim zemljama – i da ga povratimo kada je to potrebno za proizvodnju električne energije.
„Time što kombinujemo bakterije sa tehnologijom, možemo da koristimo njihova svojstva. Tako ne učimo samo od prirode, već i radimo zajedno sa prirodom.“
Sebastian Schrof, Bionic Projects kompanije Festo