Een volledig nieuw soort bioreactor voor de biologische productie van methaan heeft voor het eerst het gebruik van extreem hoge drukniveaus mogelijk gemaakt - en nieuwe efficiëntienormen vastgesteld voor de omzetting van CO ₂ en H ₂ in methaan. Deze significante verbetering ten opzichte van conventionele bioreactoren is te danken aan miljarden micro-organismen die pas echt tot leven komen onder extreme druk, evenals het Oostenrijkse bedrijf Krajete GmbH, die de bioreactor ontwierp en nu de eerste proeffabriek heeft gebouwd om de technologie te testen. Een succesvolle installatie vereiste een combinatie van ervaring met het implementeren van chemische faciliteiten en biologische expertise.

De druk zit erop! Politieke intentieverklaringen over klimaatverandering en de energietransformatie leggen de verantwoordelijkheid op de industrie om met steeds slimmere ideeën te komen. Zo'n idee, het geesteskind van het Oostenrijkse bedrijf Krajete GmbH, richt zich op de productie van milieuvriendelijk gas - gasfermentatie gebruiken om methaan te produceren uit CO ₂ . Het bedrijf heeft een bioreactor ontwikkeld die door extreem hoge druk enorme conversiewinsten oplevert. De sleutel tot dit succes is wat archaea wordt genoemd - micro-organismen die in de prehistorie leefden en gewend zijn aan extreme drukomstandigheden. En nuttig kunnen ze ook CO . transformeren ₂ omgezet in "groen" aardgas.

Schoon en efficiënt

"Onze fabriek heeft voorheen onbereikbare conversiepercentages behaald, omdat hogere druk chemische transformatieprocessen versnelt, " legde Alexander Krajete uit, CEO van Krajete GmbH. "In aanvulling, het archaea-fermentatieproces maakt gebruik van waterstof. Dit betekent dat CO ₂ normaal geproduceerd tijdens biologische fermentatie wordt ook omgezet in methaan, en vormt geen verontreiniging meer zoals bij biomassafermentatie. Met deze hogere opbrengst produceert de plant dus vrijwel puur methaan in plaats van onzuiver biogas. Op basis van dit principe, bijna alle CO ₂ die emissiegassen bevatten, kunnen direct worden opgewaardeerd."

Het bedrijf ontwikkelde de hoogrenderende vergistingsinstallatie door de innovatieve combinatie van twee velden die normaal gesproken als volledig verschillend worden beschouwd:chemie en biologie. "In de sector van de chemische fabriekstechniek is het algemeen bekend dat hogere druk de conversieratio's verhoogt, " zegt Krajete, verwijzend naar het idee achter de krachtige bioreactor. "Maar het toepassen van dit eenvoudige concept op een bioreactor is een grote taak, omdat de gebruikte micro-organismen tegen een dergelijke druk moeten kunnen. En de meeste niet."

Getemde prehistorische microben

Krajete GmbH kon putten uit haar uitgebreide kennis van archaea, een groep micro-organismen die al miljarden jaren op aarde bestaat en tegenwoordig wordt aangetroffen op locaties waar extreme temperaturen of druk de norm zijn. Het bedrijf was er in 2013 al in geslaagd om archaea te 'temmen' voor de productie van aardgas. Er werden vijf patenten geregistreerd om dit succes veilig te stellen. Door de ontwikkeling van de hoogperformante bioreactor kan het bedrijf het potentieel van deze aanpak volledig benutten. "Onze pilotfaciliteit heeft aangetoond dat we 500 liter methaan per uur kunnen halen uit slechts tien liter vloeistof bij een druk van 15 bar. Die cijfers voor de productie van biosynthetisch aardgas zijn wereldwijd ongeëvenaard."

Een bijzonder uitdagend onderdeel van het ontwikkelingsproces waren de drukbestendige sensoren, die de "vitale tekenen" van gasfermentatie meten (zoals pH-waarden en redoxpotentiaal). Deze zijn speciaal ontwikkeld voor de high-performance bioreactor door een toonaangevende wereldwijde leverancier uit Duitsland. De volgende stap was het verkrijgen van gedetailleerde kennis over het behouden en beheersen van leven onder extreme drukomstandigheden. De druk in de bioreactor mag niet te snel veranderen, ondanks de noodzaak om medium toe te voegen of monsters te nemen. Snelle drukveranderingen zouden de archaea onder enorme druk zetten en resulteren in verminderde prestaties, of ervoor zorgen dat de microben afsterven. Dankzij de jarenlange ervaring in het werken met deze microben en het bouwen van dergelijke faciliteiten, Krajete GmbH was in staat om de uitdaging aan te gaan. Het nieuwe plantontwerp is niet alleen geschikt voor kleine bioreactoren; het kan ook worden gebruikt in grootschalige faciliteiten.