Mikroorganismer guffer CO2 i sig og spytter grøn energi ud
Hariklia Gavala peger på en cigarformet stålcylinder, der er et par meter høj og står bag en glasrude i hendes laboratorie på DTU Kemiteknik. Cylinderen er en bioreaktor, der huser millioner, hvis ikke milliarder af trofaste ’medarbejdere’, som kun kan ses med det blotte øje, når de klumper sig sammen.
Disse mikroorganismer er usynlige helte, der kan omdanne CO2 og syntesegas til metan, ethanol eller organiske syrer, der er byggeklodser, som kan bruges til at fremstille mere bæredygtige alternativer til alt fra brændstoffer og kemikalier til plastik og fødevarer.
- På mikroskopisk niveau er processen ikke meget anderledes end at brygge øl, men potentialet er enormt for den grønne omstilling, siger Hariklia Gavala, lektor på DTU Kemiteknik i en artikel på DTUs hjemmeside.
Tæt på fuld udnyttelse
Bioreaktorens indre er belagt med stykker af plastik, der udgør en stor mængde overflade, som mikroberne kan vokse på. Når man tilsætter enten syntesegas eller CO2 i gasform, begynder mikroorganismerne at gnaske løs og omdanne det til metan gennem fermentering.
Syntesegas består af CO2, brint og kulilte og fremstilles under forgasning af biomasse som f.eks. træ, halm eller organisk affald som spildevand og madaffald. Men syntesegas kan ikke anvendes direkte som brændstof i transportsektoren og kan heller ikke bruges direkte i gasnettet, da det har et lavt energiindhold. Derfor kan man med fordel lade mikroberne omdanne dem til metan.
- Når vi fremstiller metan, så er det tæt på 100% af CO2’en eller syntesegassen, der omdannes til metan og produktiviteten er ti gange højere end i et konventionelt biogasanlæg, siger Hariklia Gavala i artiklen.
Ved at bruge forskellige typer mikroorganismer kan man kontrollere, hvad CO2’en omdannes til og selv om Hari Gavala ser et enormt potentiale i metan, kan man også udvikle ethanol eller organiske syrer.
Mens konventionelle bioreaktorer kræver forhøjet tryk for at sikre, at gasmolekylerne bevæger sig til væsken, hvor mikroorganismerne befinder sig, så er DTU Kemitekniks bioreaktor designet til at fungere under normalt, atmosfærisk tryk. Det gør den både billigere og mere sikker i drift.
Vi har fremstillet metan af en sådan kvalitet, at det kan bruges direkte i gasnettet Hariklia Gavala, DTU
El, varme og brændstoffer til busser
Bioreaktorens store styrke er, at den kan bruges i mange forskellige sammenhænge. Metanen, man får ud, kan omdannes til el og varme i en gasturbine og dermed erstatte brugen af fossil naturgas. Energistyrelsen forventer, at biogas vil udgøre 70 pct. af det danske gasforbrug i 2030 mod kun 20 pct. i 2021.
Biogas har typisk kun et indhold af metan på 45-75 pct, mens resten primært består af CO2, men da energien ligger i metanen, opgraderer man biogassen ved at rense den for CO2, før den kan bruges i gasnettet. Opgraderingen betyder ofte, at CO2’en blot udledes til atmosfæren. Bioreaktoren udnytter dog stort set alt kulstoffet og omdanner det til ren metan, og reaktoren overflødiggør samtidig den fordyrende forædlingsproces.
- Vi har fremstillet metan af en sådan kvalitet, at det kan bruges direkte i gasnettet, siger Hariklia Gavala.
Både metan og ethanol kan bruges i biobrændstof. I Sverige – som er et af de EU-lande, der satser mest på biobrændstof i den offentlige transportsektor – kører en stor del af busserne på brændstof fremstillet af madaffald, spildevandsslam og restprodukter fra papir- og skovindustrien. Men konventionelle bioreaktorer udvinder kun en begrænset del af energien i disse typer biomasse og her er DTU Kemitekniks bioreaktor langt mere effektiv.
”Vi kan udnytte mange former for biomasse bedre, også biomasser der ikke nemt kan omdannes til metan i biogasanlæg. Derudover kan industrier, der genererer overskudsgas såsom kraftvarmeværk, cementfabrikker og stålindustrien, implementere denne teknologi og omdanne gassen til noget nyttigt,” siger Hariklia Gavala.
Producerer 40 gange så mange mikroalger
Hariklia Gavala og hendes kolleger har allerede testet bioreaktoren i en skala der er 35 gange større end i laboratoriet og bevist, at processen kan fungere på industriel skala. Det har flere virksomheder fået øjnene op for.
Hariklia Gavala har haft indledende samtaler med flere danske virksomheder ligesom det græske firma Solmeyea har set et stort lys i bioreaktoren og har indgået en aftale med DTU om at bruge reaktoren kommercielt. Solmeyea fremstiller mikroalger, der er encellede alger, som gennem fotosyntese kan tygge sig igennem CO2 og i den anden ende spytte en række nyttige bioprodukter ud, som kan bruges til f.eks. produktion af fødevarer og bioplastik.
Hidtil har Solmeyea dyrket mikroalgerne lidt på samme måde som man dyrker afgrøder ved at komme algerne i vand i store glasbeholdere, hvor sollyset får dem til at formere sig, men ved at bruge DTU Kemitekniks bioreaktor kan de nu dyrke mikroalgerne langt mere effektivt. Faktisk producerer de 40 gange så mange mikroalger som på konventionel vis og fordelen er, at bioreaktoren fylder langt mindre end de mange store glasbeholdere.
- Bioreaktoren er en superrobust måde at få mikroalgerne til at spise CO2 på. Produktiviteten er meget bedre, de optager mindre plads og processen er ikke afhængig af, om solen skinner, siger Diego Grumbach, der er bioteknologisk ingeniør i Solmeyea.
I første omgang producerer algerne lipider, der kan bruges i plantebaserede fødevarer som alternativer til kød, fisk og æg, men på længere sigt, er det planen, at algerne ligeledes skal bruges til at fremstille biobrændstof og bioplastik. Solmeyea har allerede startet et demoanlæg, hvor de bruger bioreaktoren.
- Potentialet er endnu større i biobrændstof end i fødevarer. Mange biobrændstoffer fremstilles af afgrøder, men det konkurrerer med vores fødevareproduktion, så løsningen er at finde en anden måde at fremstille biobrændstoffer på. Og det kan mikroalgerne, siger Diego Grumbach.
/Kilde: DTU
Om bioreaktoren
Bioreaktoren er udviklet på DTU Kemiteknik af lektor Hariklia Gavala og lektor Ioannis Skiadas og deres kolleger. Den er resultatet af et bredt samarbejde på tværs af områder som bioteknologi, kinetik, reaktorteknik og termodynamik.
Udviklingen af bioreaktoren har været støttet af Innovationsfonden samt flere erhvervspartnere. Der er flere forskningsprojekter i gang relateret til bioreaktoren. Projekterne er støttet af DTU, Novo Nordisk Fonden og EU’s European Innovation Council.
Kilde: DTU
