"Elektriska" bakterier är nyckelingrediensen i en ny process utvecklad av Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory som återvinner avloppsvatten från biobränsleproduktion för att generera väte. Vätgasen kan sedan användas för att omvandla bioolja till flytande bränslen av högre kvalitet som bensin eller diesel.

"Vi löser flera problem samtidigt, " sa ORNL-forskaren Abhijeet Borole, som ledde ett flerårigt projekt för att utveckla systemet.

Teamets demonstration i laboratorieskala kan producera 11,7 liter väte per dag med hastigheter som krävs för industriella tillämpningar. Borole noterar att även om det krävs mer arbete för att få tekniken till kommersiell skala, deras framsteg visar potentialen hos mikrobiell elektrolys för att göra bioraffinaderier mer effektiva och ekonomiskt lönsamma.

Ungefär som ett konventionellt petroleumraffinaderi, bioraffinaderikonceptet är fokuserat på omvandling av växtmaterial till produkter med högre värde, inklusive kolvätebränslen och kemikalier.

Mikrobiell elektrolys drivs av elektrogener – bakterier som smälter organiska föreningar och genererar en elektrisk ström. Borole satte dessa bakterier i arbete för att bryta ner organiska syror i flytande bioolja som produceras från växtråvaror som t.ex. I vanliga fall, ungefär en fjärdedel av den flytande biooljan är förorenat vatten som innehåller frätande syror.

"Vi tar det här avfallet, som kan vara 20 till 30 procent av biomassan som du lägger in i processen, gör väte av det och sätter tillbaka det vätet i oljan, sa Borole.

Vätgasen som genereras från mikroberna kan tränga undan behovet av naturgas, som används senare i produktionsprocessen för att uppgradera bioolja till mer önskvärda drop-in flytande bränslen.

"Du kan återvinna vattnet, producera rent väte och eliminera naturgasen, sa Borole.

Forskarna utvecklade en procedur för att utveckla och berika en härdig bakteriegemenskap som kunde tolerera de giftiga föreningarna i biobränsleavloppsvattnet. Denna känsliga balans innebar också att optimera den övergripande processen och systemparametrarna för att möjliggöra bakteriernas framgång.

"Du försöker effektivt extrahera elektroner från hundratals föreningar och göra väte, " sa Borole. "Hur gör man det när växtbiprodukterna förgiftar denna bakteriella mat? Du måste hitta ett sätt att förneka eller neutralisera det giftet och kunna producera dessa elektroner samtidigt."

I denna ansökan, bakteriegiftet kommer i form av produkter som skapas av nedbrytningen av lignin, en seg polymer som finns i växtcellväggar. Men att förstå hur man bygger och optimerar mikrobiella elektrolyssystem som kan tolerera och behandla förorenat avloppsvatten kan ha fördelar utanför biobränsleproduktion.

"Dessa system har potential för omfattande tillämpningar, inklusive energiproduktion, bioremediering, kemisk syntes och nanomaterialsyntes, elektrojäsning, energilagring, avsaltning och rening av producerat vatten, sa Alex Lewis, en doktorand vid University of Tennessees Bredesen Center for Interdisciplinary Research and Education.

Forskargruppen är nu fokuserad på att slutföra en livscykelanalys för tekniken för att utvärdera dess utsläpp av växthusgaser och vattenanvändning.