Ядром біологічного процесу є бактерія Thermoanaerobacter kivui (T. kivui). Бактерія живе в Центральній Африці, глибоко в мулі озера Ківу, далеко від світла і кисню. Ця бактерія від природи має спеціальний фермент, який дозволяє їй петворювати водень (H2 ) і вуглекислий газ (CO2) на мурашину кислоту (CH2О2) і навпаки.
Ця властивість була фундаментально досліджена групою під керівництвом проф. Фолькера Мюллера, керівника відділу «Молекулярна мікробіологія та біоенергетика» Франкфуртського університету Гете, з яким Festo тісно співпрацює над проектом.
Ефективне зберігання
Зберігання та транспортування водню залишається актуальною проблемою. Звичайні методи стискають водень під високим тиском, зріджують його за надзвичайно низьких температур або хімічно перетворюють. Всі ці процеси є енергоємними і складними.
За допомогою бактерій T. kivui водень можна перетворити на мурашину кислоту за температури близько 65 °C і низького тиску 1,5 бар, яку можна зберігати та транспортувати з відносно невеликими зусиллями.
Хоча це біологічний процес, ця реакція відбувається швидко, оскільки не пов’язана з ростом клітин. Швидше, бактерії використовуються як каталізатори: вони не витрачаються, і процес можна повторити за бажанням з достатньою кількістю фаз регенерації — циклічно.
«При кімнатній температурі ріст бактерій T. kivui зупиняється. Клітини можуть зберігатися в цих умовах протягом декількох років і бути повторно активованими в будь-який час. Це також забезпечить гнучке використання за вимогою».
Д-р Адріан Ейлінгсфельд, Біонічні Проекти у Festo
Автоматизація складних процесів
Те, що раніше було можливе лише в лабораторії, тепер можна досягти в промислових масштабах за допомогою BionicHydrogenBattery. Багато продуктів з портфоліо Festo забезпечують автоматизацію надскладних біотехнологічних процесів.
Всього на виставці встановлено 117 різних типів продукції Festo (еквівалент 1089 деталей). Новий модульний пневмоострів VTUX у поєднанні з системою автоматизації CPX-E контролює велику кількість клапанів з не жорсткими вимогами до місця встановлення та умов експлуатації. Клапани VYKC з нашого портфоліо Lifetech забезпечують плавне транспортування в’язкого розчину біомаси в біореактори та з них. Потік через фільтри регулюється за допомогою пережимних клапанів VZQA . Для точного дозування найменших об’ємів рідини в наші реактори крокові двигуни EMMS-ST працюють у поєднанні з головками насосів як перистальтичний насос. Давач кольору SOEC у поєднанні з супрачастинками виявляє навіть найменшу кількість водню.
Безпечні процеси
Бактерії T. kivui є анаеробними, тобто вони розвиваються лише за відсутності кисню. У разі витоку в системі бактерії відразу гинуть і тому не становлять небезпеки для людини. У той же час відсутність кисню не дозволяє водню утворювати горючу суміш. Крім того, система містить лише невелику його кількість в будь-який момент часу.
Від водню до мурашиної кислоти — і назад
За мільйони років еволюції бактерії оптимізували свої метаболічні процеси. Ми можемо використовувати їхні можливості, поєднавши їх із технологіями. За допомогою BionicHydrogenBattery ми відображаємо біологічний процес у малому масштабі, який тепер ми можемо масштабувати за бажанням завдяки технологіям автоматизації.
- 1: Розмноження бактерій T. kivui в оптимізованих умовах у біореакторі.
- 2: Водень отримують з води за допомогою електролізу.
- 3: Бактерії перетворюють CO2 і водень на мурашину кислоту.
- 4: Кислоту екстрагують і поміщають у контейнер.
- 5: Безпечне транспортування мурашиної кислоти до місця реконверсії.
- 6: Ті самі бактерії розщеплюють мурашину кислоту назад на її компоненти водень і CO 2.
- 7: Водень перетворюється назад в електричну енергію в паливному елементі.
Стійкі рішення для майбутнього
Біологізація означає: ми більше не просто вчимося у природи, а працюємо разом з нею. Таким чином ми створюємо екологічні інновації та екологічні рішення для світу завтрашнього дня та сприяємо покращенню якості життя нинішнього та майбутніх поколінь.
Енергоефективне та безпечне зберігання водню за допомогою бактерій має великий потенціал. Це дозволяє нам виробляти та зберігати водень, коли є достатньо енергії, виробленої стабільно, — наприклад, влітку або в країнах з великою кількістю вітру та сонця, — і відновлювати його, коли він потрібен для виробництва енергії.
"Поєднуючи бактерії з технологіями, ми можемо використовувати їхні можливості. Тож ми більше не просто вчимося у природи, а працюємо разом з нею".
Себастьян Шроф, Біонічні проекти у Festo