Jadrom biologického procesu je baktéria Thermoanaerobacter kivui (T. kivui). Baktéria žije v strednej Afrike, hlboko v bahne jazera Kivu, ďaleko od svetla a kyslíka. Prirodzene má špeciálny enzým, ktorý mu umožňuje produkovať vodík (H2) a oxid uhličitý (CO2) na kyselinu mravčiu (CH2O2) a naopak.
Túto vlastnosť zásadne skúmal tím pod vedením Prof. Dr. Volker Müller, vedúci oddelenia „Molekulárna mikrobiológia a bioenergetika“ na Goethe University Frankfurt, s ktorým Festo na projekte úzko spolupracuje.
Efektívne skladovanie
Skladovanie a preprava vodíka zostáva v súčasnosti výzvou. Bežné metódy stláčajú vodík pod vysokým tlakom, skvapalňujú ho pri extrémne nízkych teplotách alebo ho chemicky premieňajú. Všetky tieto procesy sú energeticky náročné a komplikované.
Pomocou baktérií T. kivui možno pri teplotách okolo 65 °C a nízkom tlaku 1,5 baru vodík premeniť na kyselinu mravčiu, ktorú je možné skladovať a prepravovať s relatívne malou námahou.
Hoci ide o biologický proces, táto reakcia prebieha rýchlo, pretože nie je spojená s rastom buniek. Baktérie sa skôr používajú ako katalyzátory: nespotrebujú sa a proces sa môže opakovať podľa želania s dostatkom regeneračných fáz - v duchu cyklu.
„Pri izbovej teplote sa rast baktérií T. kivui zastaví. Bunky môžu byť za týchto podmienok skladované niekoľko rokov a môžu byť kedykoľvek reaktivované. To by tiež umožnilo flexibilné použitie na požiadanie.“
Dr. Adrian Eilingsfeld, Bionic Projects v spoločnosti Festo
Automatizácia zložitých procesov
To, čo bolo predtým možné len v laboratóriu, je teraz možné dosiahnuť v priemyselnom meradle s BionicHydrogenBattery. Mnoho produktov z portfólia Festo zabezpečuje automatizáciu vysoko zložitých biotechnologických procesov.
Celkovo je v expozícii nainštalovaných 117 rôznych typov produktov Festo (čo zodpovedá 1 089 dielom). Nový modulárny ventilový ostrovček VTUX v kombinácii s automatizačným systémom CPX-E ovláda veľké množstvo ventilov s malými nárokmi na priestor. Médiové ventily VYKC z nášho portfólia Lifetech zaisťujú hladký transport roztoku viskóznej biomasy do bioreaktorov a von z nich. Prietok cez filtre je riadený škrtiacimi ventilmi VZQA . Pre presné dávkovanie najmenších objemov kvapaliny do našich reaktorov pracujú krokové motory EMMS-ST v kombinácii s hlavami čerpadiel ako peristaltické čerpadlo. Farebný senzor SOEC v kombinácii so supračasticami deteguje aj tie najmenšie množstvá vodíka.
Bezpečné procesy
Baktérie T. kivui sú anaeróbne, čo znamená, že sa im darí iba v neprítomnosti kyslíka. V prípade úniku v systéme baktérie okamžite hynú, a preto nepredstavujú pre človeka žiadne riziko. Neprítomnosť kyslíka zároveň znemožňuje vodíku vytvoriť zápalnú zmes. Okrem toho systém ho v danom čase obsahuje len nepatrné množstvá.
Od vodíka po kyselinu mravčiu – a späť
Počas miliónov rokov evolúcie baktérie optimalizovali svoje metabolické procesy. Ich schopnosti môžeme využiť kombináciou s technológiou. S batériou BionicHydrogenBattery mapujeme biologický proces v malom meradle, ktoré sme teraz mohli škálovať podľa potreby vďaka našej automatizačnej technológii.
- 1: Rozmnožovanie baktérií T. kivui za optimalizovaných podmienok v bioreaktore.
- 2: Vodík sa vyrába z vody elektrolýzou.
- 3: Baktérie premieňajú CO2 a vodík na kyselinu mravčiu.
- 4: Kyselina sa extrahuje a umiestni do nádoby.
- 5: Bezpečný transport kyseliny mravčej na miesto premeny.
- 6: Tie isté baktérie rozkladajú kyselinu mravčiu späť na jej zložky vodík a CO2.
- 7: Vodík sa v palivovom článku premieňa späť na elektrickú energiu.
Trvalo udržateľné riešenia do budúcnosti
Biologizácia znamená: Od prírody sa už nielen učíme, ale spolupracujeme s ňou. Týmto spôsobom umožňujeme ekologické inovácie a riešenia šetrné ku klíme pre svet zajtrajška a prispievame k zlepšovaniu kvality života súčasných a budúcich generácií.
Veľký potenciál ponúka energeticky efektívne a nízkorizikové skladovanie vodíka pomocou baktérií. Umožňuje nám vyrábať a skladovať vodík, keď je dostatok udržateľne vyrábanej energie – napríklad v lete alebo v krajinách s množstvom vetra a slnečného svitu – a získavať ho, keď je potrebný na výrobu energie.
„Kombináciou baktérií s technológiou môžeme využiť ich schopnosti. Tak sa od prírody už nielen učíme, ale spolupracujeme s ňou.
Sebastian Schrof, Bionic Projects v spoločnosti Festo