Биореактор: инженеры нашли способ превращать углекислый газ в топливо в промышленных масштабах

Международная группа учёных совершила прорыв в технологии микробного электросинтеза, создав десятикратно увеличенный биореактор с рекордной эффективностью

Международная группа инженеров-экологов под руководством профессора Брюса Логана (Bruce E. Logan) из Пенсильванского государственного университета разработала новый  биореактор. Способный решить проблему хранения «зелёной» энергии. Устройство использует живые микроорганизмы. Ддля превращения избыточного электричества от солнечных или ветряных станций и углекислого газа в метан. Основной компонент природного газа. Главным достижением стало успешное масштабирование технологии. Учёные увеличили площадь электродов в 10 раз по сравнению с лабораторными прототипами. Сохранив при этом высочайшую производительность.

Ключевой особенностью системы стала архитектура с «нулевым зазором» (zero-gap configuration). В обычных установках анод и катод разделены слоем жидкости, который создаёт сильное сопротивление току. В новом реакторе электроды прижаты вплотную к ионообменной мембране. Что позволило радикально снизить потери энергии. Благодаря этому удалось достичь энергетической эффективности в 45,2% при стандартной температуре 30 °C. Для систем такого типа, работающих без внешнего подогрева. Это один из самых высоких показателей в мире.

До этой работы большинство систем микробного электросинтеза (MES) успешно работали только в маленьких лабораторных сосудах (так называемых H-ячейках). Когда такие системы пытаются просто «раздуть» до промышленных размеров, возникают огромные потери. Растёт внутреннее сопротивление, из-за чего падает энергоэффективность. Кроме того, появляется неравномерность. На входе в биореактор бактерии работают активно. А на выходе им уже не хватает «топлива» (водорода) или условий для жизни.

Бактерии-электрики

Процесс превращения газа в топливо обеспечивают археи рода Метанобактериум. Эти микробы выступают в роли живых катализаторов: они поглощают водород, который вырабатывается на поверхности катода, и используют его как «мостик» для получения электронов, необходимых для восстановления CO₂ до метана. Исследователи доказали, что даже при удлинении пути потока внутри реактора до 30 сантиметров, бактерии работают одинаково эффективно как в начале, так и в конце «очереди» за питанием.

Работа, профинансированная Центром исследования CO₂ фонда «Ново Нордиск», доказывает, что микробный электросинтез готов выйти за пределы лабораторий. Учёные создали не просто эксперимент, а жизнеспособную инженерную модель для строительства заводов по утилизации углерода.

Это исследование открывает путь к созданию масштабных систем хранения энергии в виде газа. В отличие от аккумуляторов, метан можно легко закачивать в существующие газохранилища и использовать в отоплении или промышленности, одновременно снижая концентрацию парниковых газов в атмосфере. Теперь разработчики планируют дальнейшее увеличение систем, чтобы довести технологию до стадии коммерческого внедрения.

Ранее в этой категории

Инженеры представили проект автономных подводных батарей, работающих в рамках программы DARPA BLUE. В отличие от систем синтеза топлива, эти устройства используют микробные топливные элементы для питания глубоководных сенсоров. Бактерии в них перерабатывают органику прямо из морской воды, выделяя электроны и превращая их в ток. Использование активированного угля позволило системе стабильно работать даже в агрессивной кислородной среде океана, обеспечивая датчики энергией без необходимости замены аккумуляторов.

Источник: ixbt.com от Darth Sahara
Фото:  Nano Banana