Przekształcanie bioodpadów w wodór
Podczas gdy samochody na wodór staną się najpewniej kolejnym przebojem w społeczeństwie coraz bardziej świadomym śladu węglowego, zrównoważone metody produkcji wodoru nadal znajdują się na początkowych etapach. Projekt HYTIME poświęcony jest pracom nad nowatorskim procesem produkcji, w ramach którego ekologiczny wodór będzie pozyskiwany z trawy, słomy i odpadów przemysłu spożywczego. Kiedy przedmiotem dyskusji jest zrównoważenie i biogospodarka, prędzej czy później pojawiają się wyrazy „wodór” i „biomasa”, aczkolwiek rzadko w tym samym zdaniu. A gdyby wodór można było produkować bezpośrednio z biomasy drugiej generacji? Podjęte przez Pieternel Claassen w 2000 r. w ramach holenderskiego projektu „Wodór z biomasy” i kontynuowane dzięki dofinansowaniu z 5PR i 6PR dążenia do opracowania wydajnego i rynkowego procesu produkcji wodoru z bioodpadów osiągnęły ostatnio nowy punkt kulminacyjny. HYTIME (Low temperature hydrogen production from second generation biomass), dofinansowany ze środków unijnych projekt, którego zakończenie zaplanowano na grudzień, ma podnieść wydajność produkcji wodoru metodą fermentacyjną, przyspieszając w ten sposób jej włączenie do procesów przemysłowych. Stawka jest wysoka: obecnie produkcja bioodpadów w UE sięga od 118 do 138 mln ton rocznie. Dzięki technologii HYTIME można byłoby je przetwarzać na 0,34 mln ton wodoru i wnieść istotny wkład w unijne cele w zakresie zrównoważenia. W wyłącznym wywiadzie dla magazynu research*eu, dr Claassen – badaczka z Wageningen UR Food & Biobased Research – wyjaśnia, w jaki sposób połączenie wiedzy fachowej dziewięciu uczestników, w zakresie logistyki i obróbki wstępnej biomasy, produkcji wodoru metodą termofilną i technologii uszlachetniania gazu, umożliwi HYTIME wyjście poza aktualny stan wiedzy o produkcji wodoru metodą fermentacyjną. Jakie są główne cele projektu? Na dzień dzisiejszy „ekologiczny” wodór może pochodzić wyłącznie z dwóch źródeł: biomasy i elektrolizy wykorzystującej „ekologiczny” prąd elektryczny. HYTIME koncentruje się na tej pierwszej, zwłaszcza na zasobach biomasy o wysokiej zawartości wilgoci, w przypadku których istniejące technologie, takie jak zagazowywanie, są mniej wydajne. Mamy dwa główne cele. Po pierwsze musimy osiągnąć wydajność produkcji od 1 do 10 kg wodoru dziennie z biomasy drugiej generacji. To dosyć symboliczna ilość, która wystarczy na pokrycie zapotrzebowania czterech gospodarstw domowych na elektryczność, ale mamy nadzieję, że zdoła przekonać interesariuszy, że produkcja wodoru na większą skalę przez bakterie jest osiągalna. Następnie dążymy do skrócenia czasu wprowadzania na rynek biowodoru poprzez połączenie procesu produkcji z fermentacją anaerobową. Ta ostatnia umożliwia przekształcenie produktów ubocznych – głównie kwasów organicznych – na CH4 (i CO2), co ma z kolei pokryć (część) zapotrzebowania na energię w procesie produkcji wodoru. Na czym polega nowość lub innowacyjność tego podejścia do produkcji wodoru? W naturalnych systemach fermentacji anaerobowej, biomasa jest przekształcana na biogaz (CH4 i CO2) przez kolektyw współpracujących mikroorganizmów. Niektóre z tych mikroorganizmów wytwarzają kwasy organiczne i wodór, aczkolwiek ten ostatni jest od razu zużywany przez inne, hydrogenotroficzne bakterie, które przekształcają go na metan lub kwas octowy. Te bakterie to nasi wrogowie, a innowacja HYTIME polega na tym, że wykorzystujemy ekstremotermofile – o wyższej wydajności – aby tak uprzykrzyć im życie, że nie są w stanie przetrwać i obniżyć uzysku wodoru. Jak przebiega proces wytwarzania wodoru? W środowiskach anaerobowych, tj. beztlenowych, bakterie przetwarzają cukry w procesie fermentacji na CO2 i zredukowane związki, takie jak wodór, lub na zredukowane metabolity organiczne, takie jak etanol czy butanol. Jednak w przyrodzie wodór jest natychmiast zużywany przez organizmy metanogenne lub hyrogenotroficzne, które pozostawiają wyłącznie metan. Naszym celem jest odłączenie produkcji wodoru od jego zużycia poprzez stworzenie środowiska, w którym organizmy zużywające wodór nie są w stanie przetrwać. Jakiego typu przedsiębiorstwa będą korzystać z tej technologii w przyszłości? Potencjalne zainteresowanie mogą wyrazić interesariusze trudniący się produkcją energii elektrycznej, chemią oraz właściciele biomasy. Chodzi o to, że los wodoru w sektorze energii jest nierozerwalnie związany z ogniwami paliwowymi. Jak tylko osiągniemy przełom w ogniwach paliwowych, wzrośnie zainteresowanie wodorem z zasobów odnawialnych. Prace badawczo-rozwojowe w toku HYTIME zaowocują także technologiami typu spin-off, które potencjalnie mogą trafić na rynek szybciej niż cały proces. Mowa tutaj o czujnikach komponentów gazowych (H2, H2S itp.) – często obserwowanych w produkcji biogazu – oraz automatyce sterowania kadziami fermentacyjnymi, dzięki naszym systemom monitorowania i kontroli online. Przewidujemy także, że właściciele biomasy będą zainteresowani nowymi zastosowaniami dla swoich odpadów organicznych. Nasza technologia może okazać się użyteczna dla przedsiębiorstw rolno-przemysłowych, takich jak zakłady przetwórstwa ziemniaków, cukrownie i browary, do produkcji i sprzedaży wodoru lub zaspokojenia własnego zapotrzebowania na energię elektryczną. Jakie są kolejne etapy projektu i plany po jego zakończeniu? Kolejnym krokiem będzie demonstracja procesu produkcji po fizycznym połączeniu wszystkich jednostek operacyjnych. To oznacza wstępną obróbkę i hydrolizę biomasy, aby dostarczyć cukry do fermentacji wodorowej na miejscu. Na ostatnim etapie gaz będzie pozyskiwany równolegle z jego produkcją, a płynne ścieki będą pompowane do anaerobowej komory fermentacyjnej. Wielkość kadzi fermentacji wodorowej i anaerobowej komory fermentacyjnej wymaga dostosowania, aby umożliwić ciągły przepływ cieczy. Czego spodziewacie się po projekcie pod względem oddziaływania na rynek? Oddziaływanie na rynek jest postrzegane jako istotne. Jak już wspomniałam, wodór jest szeroko wykorzystywaną substancją chemiczną. Wedle obecnych prognoz społeczeństwo będzie kierować się w stronę gospodarki opartej na biomasie, a wodór może być wykorzystywany przez wiele przedsiębiorstw dążących do przejścia na technologie ekologiczne. Co więcej, opracowane w toku projektu nowe urządzenia do monitorowania i kontroli nadają się do zastosowania w obecnych instalacjach do fermentacji anaerobowej i systemach oczyszczania ścieków, mogąc zwiększyć ich wydajność. Koncepcja uszlachetniania gazu, oparta na niskim zapotrzebowaniu na energię, jest innowacyjna i przyczyni się do rozwoju bardziej zrównoważonych procesów separacji gazu.Więcej informacji:HYTIME http://www.hy-time.eu/ Karta informacji o projekcie: http://cordis.europa.eu/projects/rcn/101993_pl.html
Kraje
Niderlandy