"Elektrische" bacteriën zijn het belangrijkste ingrediënt in een nieuw proces dat is ontwikkeld door het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy, dat afvalwater van de productie van biobrandstoffen recyclet om waterstof te genereren. De waterstof kan vervolgens worden gebruikt om bio-olie om te zetten in vloeibare brandstoffen van hogere kwaliteit, zoals benzine of diesel.

"We lossen meerdere problemen tegelijk op, " zei ORNL-onderzoeker Abhijeet Borole, die een meerjarig project leidde om het systeem te ontwikkelen.

De demonstratie op laboratoriumschaal van het team kan 11,7 liter waterstof per dag produceren met snelheden die vereist zijn voor industriële toepassingen. Borole merkt op dat, hoewel er meer werk nodig is om de technologie op commerciële schaal te brengen, hun vooruitgang toont het potentieel aan van microbiële elektrolyse om bioraffinaderijen efficiënter en economisch levensvatbaarder te maken.

Net als een conventionele aardolieraffinaderij, het bioraffinaderijconcept is gericht op de omzetting van plantaardig materiaal in hoogwaardigere producten, inclusief koolwaterstofbrandstoffen en chemicaliën.

Microbiële elektrolyse wordt aangedreven door elektrogenen - bacteriën die organische verbindingen verteren en een elektrische stroom opwekken. Borole zette deze bacteriën aan het werk bij het afbreken van organische zuren in vloeibare bio-olie die wordt geproduceerd uit plantaardige grondstoffen zoals switchgrass. Normaal gesproken, ongeveer een kwart van de vloeibare bio-olie is verontreinigd water dat bijtende zuren bevat.

"We nemen dit afval mee, dat kan 20 tot 30 procent zijn van de biomassa die je in het proces stopt, er waterstof van maken en die waterstof weer in de olie stoppen, ' zei Borole.

De waterstof die door de microben wordt gegenereerd, zou de behoefte aan aardgas kunnen verdringen, die later in het productieproces wordt gebruikt om bio-olie op te waarderen tot meer wenselijke vloeibare brandstoffen.

"Je kunt het water recyclen, schone waterstof produceren en het aardgas elimineren, ' zei Borole.

De onderzoekers ontwikkelden een procedure om een ​​sterke bacteriële gemeenschap te ontwikkelen en te verrijken die de giftige verbindingen in het afvalwater van biobrandstoffen kon verdragen. Deze delicate balans omvatte ook het optimaliseren van de algehele proces- en systeemparameters om het succes van de bacteriën mogelijk te maken.

"Je probeert efficiënt elektronen te extraheren uit honderden verbindingen en waterstof te maken, " zei Borole. "Hoe doe je dat als de bijproducten van de plant dit bacteriële voedsel vergiftigen? Je moet een manier vinden om dat gif teniet te doen of te neutraliseren en tegelijkertijd die elektronen te kunnen produceren."

In deze toepassing, het bacteriële gif komt in de vorm van producten die ontstaan ​​door de afbraak van lignine, een taai polymeer dat wordt aangetroffen in celwanden van planten. Maar inzicht in het bouwen en optimaliseren van microbiële elektrolysesystemen die verontreinigd afvalwater kunnen verdragen en behandelen, kan voordelen hebben buiten de productie van biobrandstoffen.

"Deze systemen hebben potentieel voor brede toepassingen, inclusief energieproductie, bioremediatie, synthese van chemische en nanomaterialen, elektro-fermentatie, energie opslag, ontzilting en geproduceerde waterbehandeling, " zei Alex Lewis, een doctoraalstudent bij het Bredesen Center for Interdisciplinair Onderzoek en Onderwijs van de Universiteit van Tennessee.

Het onderzoeksteam is nu gericht op het voltooien van een levenscyclusanalyse voor de technologie om de uitstoot van broeikasgassen en het watergebruik te evalueren.