Teknologi i laboratorieskala genbruger spildevand til brint til brug i brændstofproduktion

"Elektriske" bakterier er nøgleingrediensen i en ny proces udviklet af Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory, der genbruger spildevand fra produktion af biobrændstof for at generere brint. Brinten kan derefter bruges til at omdanne bioolie til flydende brændstoffer af højere kvalitet, såsom benzin eller diesel.

"Vi løser flere problemer på samme tid, " sagde ORNL-forsker Abhijeet Borole, der ledede et flerårigt projekt for at udvikle systemet.

Holdets demonstration i laboratorieskala kan producere 11,7 liter brint om dagen til hastigheder, der kræves til industrielle anvendelser. Borole bemærker, at selvom der kræves mere arbejde for at bringe teknologien til den kommercielle skala, deres fremskridt viser potentialet ved mikrobiel elektrolyse til at gøre bioraffinaderier mere effektive og økonomisk levedygtige.

Meget ligesom et konventionelt petroleumsraffinaderi, bioraffinaderikonceptet er fokuseret på omdannelse af plantematerialer til produkter af højere værdi, herunder kulbrintebrændstoffer og kemikalier.

Mikrobiel elektrolyse er drevet af elektrogener - bakterier, der fordøjer organiske forbindelser og genererer en elektrisk strøm. Borol satte disse bakterier til at arbejde med at nedbryde organiske syrer i flydende bioolie, der er produceret fra planteråvarer såsom skiftegræs. Normalt, omkring en fjerdedel af den flydende bioolie er forurenet vand, der indeholder ætsende syrer.

"Vi tager dette affald, som kan være 20 til 30 procent af den biomasse, du putter i processen, laver brint af det og putter det brint tilbage i olien, " sagde Borole.

Brinten genereret fra mikroberne kunne fortrænge behovet for naturgas, som bruges senere i produktionsprocessen til at opgradere bioolie til mere ønskværdige drop-in flydende brændstoffer.

"Du kan genbruge vandet, producere rent brint og fjerne naturgassen, " sagde Borole.

Forskerne udviklede en procedure til at udvikle og berige et hårdfør bakteriesamfund, der kunne tolerere de giftige forbindelser i biobrændstofspildevandet. Denne delikate balance involverede også optimering af den overordnede proces og systemparametre for at muliggøre bakteriernes succes.

"Du forsøger effektivt at udvinde elektroner fra hundredvis af forbindelser og lave brint, " sagde Borole. "Hvordan gør man det, når plantebiprodukterne forgifter denne bakterielle mad? Du skal finde en måde at ophæve eller neutralisere den gift og være i stand til at producere de elektroner på samme tid."

I denne ansøgning, bakteriegiften kommer i form af produkter skabt ved nedbrydning af lignin, en sej polymer, der findes i plantecellevægge. Men at forstå, hvordan man bygger og optimerer mikrobielle elektrolysesystemer, der kan tolerere og behandle forurenet spildevand, kan have fordele uden for biobrændstofproduktion.

"Disse systemer har potentiale for vidtgående anvendelser, herunder energiproduktion, bioremediering, syntese af kemiske og nanomaterialer, elektro-gæring, energilagring, afsaltning og produceret vandbehandling, " sagde Alex Lewis, en ph.d.-studerende ved University of Tennessee's Bredesen Center for Interdisciplinary Research and Education.

Forskerholdet er nu fokuseret på at færdiggøre en livscyklusanalyse for teknologien for at evaluere dens drivhusgasemissioner og vandforbrug.