Forskere har udviklet en membran bioreaktor, der kan omdanne CO2 fra røg til metan og eddikesyre ved hjælp af mikrober. Det gør det muligt at fange og udnytte røggas på en måde, som vi ikke kan i dag, siger forsker.
Hvad skal vi dog gøre med alt den CO2, der kommer op af skorstenene på fabrikker og kraftværker rundt om i verden?
CO2 bidrager til klimaforandringerne, og selvom de fleste mennesker erkender, at det er et stort problem, står løsningerne ikke ligefrem i kø.
I nogle lande taler man om at indfange CO2 og pumpe det ned i undergrunden, men faktisk skal vi meget hellere se CO2 som en ressource end et problematisk spildprodukt.
Det mener i hvert fald forskere bag opfindelsen af en ny bioreaktor, der er i stand til at omdanne CO2 fra røggas til metan og eddikesyre.
Dette kan gøres med en bioreaktor med mikroorganismer og en CO2-permeabel membran. Selvom bioreaktoren nok hverken i dag eller i morgen kommer til at operere på industriel skala, ser forskerne bag opfindelsen den som en fremtidig komponent i power-to-X, så også røggas kan indgå i en cirkulær økonomi.
”Røggas skal aktiveres som en kilde i vores direkte produktion af metan og eddikesyre, der begge har industrielle anvendelser. Kan vi få mikrober til at omdanne CO2 fra røggas til industrielt anvendelige produkter, vil det gøre CO2 til en ressource, der kan understøtte vores produktion af CO2-neutrale produkter, i stedet for eksempelvis at pumpe det ned i undergrunden,” forklarer lektor Michael Vedel Wegener Kofoed fra Institut for Bio- og Kemiteknologi ved Aarhus Universitet.
Forskningen er offentliggjort i Chemical Engineering Journal.
Dyrt at indfange CO2
Michael Vedel Wegener Kofoed er ikke den eneste forsker i verden, der gerne vil se CO2 som en ressource fremfor et problembarn.
Det er velkendt, at CO2 kan omdannes til metan og eddikesyre, og også at bakterier faktisk kan stå for den proces.
Problemet er dog, at CO2 i røggas er fortyndet og dermed kræver en hel del energi at fange og oprense til en koncentration, hvor det er anvendeligt til videre forarbejdning.
Her benyttes ofte såkaldte carbon capture agents, der først indfanger CO2’en og herefter skal opvarmes for at frigøre den igen.
Denne proces kræver store mængder af energi, hvilket gør traditionel carbon capture til en energitung og dyr proces.
Forskerne fra Aarhus Universitet har forsket i forskellige muligheder for at bruge mikroorganismer til at frigøre og omdanne CO2’en og hermed reducere omkostningerne til CO2-fangst og omdannelse.
De har tidligere udviklet en løsning (Biointegrated Carbon Capture and Utilization (BICCU)), hvor carbon capture agents blandes direkte med mikroorganismerne.
Denne metode kan dog ikke bruges, hvis man skal producere et produkt som eddikesyre, da omkostningerne til efterfølgende oprensning af eddikesyren bliver for høje, fordi man skal skille carbon capture agents og eddikesyre fra hinanden.
”Hvis vi gerne vil have fat i de forskellige komponenter i sådan en blanding, for eksempel eddikesyren, så bliver det dyrt og besværligt at trække den ud, og så forsvinder tanken om at se CO2 i røg som en ressource,” siger Michael Vedel Wegener Kofoed.
Bakterier trækker CO2 over membran
For at komme omkring problemet med at blande alle ingredienserne i én stor pærevælling har Michael Vedel Wegener Kofoed med sine kollegaer opfundet en ny bioreaktor, hvor de forskellige dele bliver adskilt af membraner.
Fangsten af CO2 foregår som på eksisterende anlæg, hvor CO2 i røgen bliver fanget i en væske med carbon capture agents, men hvor CO2 i stedet trækkes ud af væsken ved hjælp af mikroorganismer på den anden side af en membran.
Den nye proces adskiller således carbon capture agents og mikroorganismer via en CO2-permeabel membran for at undgå at forgifte både mikroorganismer og produkt med carbon capture agents.
På den anden side af membranen lever mikroorganismer i en væske med næringsstoffer, og de trækker hele tiden fanget CO2 ud af capture agent-væsken via deres normale stofskifteprocesser, hvor de bruger CO2 i kombination med brint som energikilde.
Når mikroorganismerne således udnytter CO2’en, omdannes den til metan eller eddikesyre.
I takt med at bakterierne forbruger CO2, opstår en koncentrationsforskel i CO2 mellem den ene og den anden side af membranen. For at udligne koncentrationsforskellen trækkes CO2 henover membranen og ind til mikroorganismerne. Hermed får mikroorganismerne konstant tilført CO2 fra væsken med capture agent .
Membranen tillader CO2 at passere, men forhindrer, at carbon capture agents i den røgfyldte væske følger med.
”Det er vores proof-of-concept, som vi har vist virker,” siger Michael Vedel Wegener Kofoed.
Skal ind i power-to-X
Ifølge Michael Vedel Wegener Kofoed kommer der til at gå noget tid, før man kan forvente industriel anvendelse af bioreaktorsystemet, som forskerne har navngivet Membrane Based Bio-Integrated Carbon Capture and Utilization (mBICCU).
Den videre udvikling vil blandt andet være i retning af at optimere reaktordesign, analysere det mest optimale flow af væsker i systemet, temperatur, valg af membran osv.
Tanken er dog den, at bioreaktoren skal kunne indgå som en power-to-X teknologi, der omdanner den klimaskadelige CO2 fra afbrænding, til brugbare produkter.
”Hvis vi vil oprense CO2 fra røggas i dag, kræver det en masse energi, og det er dyrt. Ved at gøre det på denne måde i stedet lader vi mikroorganismer om at frigøre og omdanne fanget CO2 fra afbrænding. Det skulle gerne gøre det meget billigere at se CO2 som en ressource,” siger Michael Vedel Wegener Kofoed.
