En helt ny typ av bioreaktor för biologisk produktion av metan har möjliggjort användningen av extremt höga trycknivåer för första gången – och satt nya effektivitetsstandarder för omvandling av CO ₂ och H ₂ till metan. Denna betydande förbättring jämfört med konventionella bioreaktorer är nere på miljarder mikroorganismer som bara verkligen kommer till liv under extremt tryck, samt det österrikiska företaget Krajete GmbH, som designade bioreaktorn och nu har byggt den första pilotanläggningen för att testa tekniken. En framgångsrik installation krävde en kombination av erfarenhet av att implementera kemiska anläggningar och biologisk expertis.

Trycket är på! Politiska avsiktsförklaringar om klimatförändringar och energiomvandlingen lägger på industrin att komma med allt smartare idéer. En sådan idé, skapelse av det österrikiska företaget Krajete GmbH, fokuserar på produktion av miljövänlig gas – med hjälp av gasjäsning för att producera metan från CO ₂ . Företaget har utvecklat en bioreaktor som ger enorma vinster i omvandlingshastigheten genom att använda extremt högt tryck. Nyckeln till denna framgång är vad som kallas archaea - mikroorganismer som levde i förhistorisk tid och är vana vid extrema tryckförhållanden. Och till hjälp kan de också omvandla CO ₂ till "grön" naturgas.

Rent och effektivt

"Vår anläggning har uppnått tidigare ouppnåeliga konverteringsgrader, eftersom högre tryck påskyndar kemiska omvandlingsprocesser, " förklarade Alexander Krajete, VD för Krajete GmbH. "Dessutom, archaea-jäsningsprocessen använder väte. Det betyder att CO ₂ som normalt produceras under biologisk jäsning omvandlas också till metan, och representerar inte längre en förorening som med biomassajäsning. Så med denna högre avkastning producerar anläggningen praktiskt taget ren metan istället för oren biogas. Baserat på denna princip, nästan alla CO ₂ som innehåller utsläppsgaser kan uppgraderas direkt."

Företaget utvecklade den högeffektiva jäsningsanläggningen genom den innovativa kombinationen av två områden som normalt ses som helt distinkta:kemi och biologi. "Inom den kemiska anläggningstekniksektorn är det välkänt att högre tryck ökar omvandlingsfrekvensen, säger Krajete, hänvisar till idén bakom den högpresterande bioreaktorn. "Men att tillämpa detta enkla koncept på en bioreaktor är en stor uppgift, eftersom de mikroorganismer som används behöver kunna stå emot ett sådant tryck. Och de flesta av dem är inte det."

Tämda förhistoriska mikrober

Krajete GmbH kunde dra nytta av sin omfattande kunskap om arkéer, en grupp mikroorganismer som har funnits på jorden i miljarder år och som nuförtiden finns på platser där extrema temperaturer eller tryck är normen. Redan 2013 hade företaget lyckats "tämja" arkéer för naturgasproduktion. Fem patent registrerades för att säkra denna framgång. Utvecklingen av den högpresterande bioreaktorn kommer att göra det möjligt för företaget att fullt ut utnyttja potentialen i detta tillvägagångssätt. "Vår pilotanläggning har visat att vi kan få ut 500 liter metan per timme från endast tio liter vätska vid ett tryck på 15 bar. Dessa siffror för produktion av biosyntetisk naturgas är oöverträffade någonstans i världen."

En särskilt utmanande del av utvecklingsprocessen var de tryckbeständiga sensorerna, som mäter de "vitala tecknen" på gasjäsning (som pH-nivåer och redoxpotential). Dessa har utvecklats speciellt för den högpresterande bioreaktorn av en ledande global leverantör från Tyskland. Nästa steg var att få detaljerad kunskap om hur man bevarar och kontrollerar liv under extrema tryckförhållanden. Trycket i bioreaktorn får inte tillåtas ändras för snabbt, trots att man behöver lägga till medium eller ta prover. Snabba tryckförändringar skulle sätta arkean under massiv stress och resultera i minskad prestanda, eller få mikroberna att dö av. Tack vare sin långa erfarenhet av att arbeta med dessa mikrober och bygga sådana anläggningar, Krajete GmbH kunde bemästra utmaningen. Den nya anläggningsdesignen är inte bara lämplig för små bioreaktorer; den kan också användas i storskaliga anläggningar.